JP2006343290A - Imaging radar device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce estimation error of compensation amount increasing due to the influence of interference among a plurality of reflection points existing in the same range, when unnecessary range variations are estimated. <P>SOLUTION: The imaging radar device is equipped with a two-dimensional Fourier transformation compensating circuit 20, which includes a time series data retrieving means 201 for retrieving a time series data from range history, a Doppler history generating means 202 for generating a Doppler history by applying short-time Fourier transformation, a history clipping means 203 for clipping the short-time Doppler history, Doppler variability estimating means 204 to 206 for estimating variability of Doppler frequency from the short-time Doppler history, a range variation calculating means 207 for estimating range variations between objects and the radar, based on the variability of Doppler frequency, a compensation calculating means 208 for calculating compensation amount based on the range variation, and a motion compensator 21 for compensating variations of unnecessary range and phase of the range history, based on the compensation amount. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、移動する目標に対して電波を送信することにより目標からの反射波を受信して、レンジプロフィールの時間履歴であるレンジヒストリを生成し、レンジヒストリのクロスレンジ圧縮により目標の画像を得る画像レーダ装置に関する。   The present invention receives a reflected wave from a target by transmitting a radio wave to a moving target, generates a range history that is a time history of the range profile, and creates a target image by cross-range compression of the range history. The present invention relates to an obtained image radar apparatus.

SAR(Synthetic Aperture Radar)やISAR(Inverse SAR)などの画像レーダは、観測対象(以下目標)上の反射点を、レーダからの距離であるレンジ、およびレーダと目標との間の相対運動で発生するドップラ周波数で分離して目標に関する電波画像を生成する。   Image radars such as SAR (Synthetic Aperture Radar) and ISAR (Inverse SAR) generate reflection points on the observation target (hereinafter referred to as the target) by the range that is the distance from the radar and the relative motion between the radar and the target. The radio wave image related to the target is generated by separating at the Doppler frequency.

ところが、上記相対運動に含まれる不要な成分の影響で、画像上で各反射点のレンジとドップラが変化し、結果として画像はぼけてしまう。これに対して、従来の画像レーダ装置は、以下のような対策が取られている。   However, the range of each reflection point and the Doppler change on the image due to the influence of unnecessary components included in the relative motion, resulting in a blurred image. In contrast, the following measures are taken in the conventional image radar apparatus.

従来の画像レーダ装置は、送信機で変調され、送受信アンテナを介して目標に照射された高周波パルスを受信し、これをパルス圧縮して得られるレンジプロフィールの時間履歴(以下、レンジヒストリと称す)において、目標とレーダとの間の不要な相対運動の影響で発生する上述のレンジとドップラの変化を、まず受信信号を短時間フーリエ変換して得られるドップラプロフィールの時間履歴(以下、ドップラヒストリと称す)に基づいて推定する(例えば、特許文献1参照)。   A conventional image radar apparatus receives a high-frequency pulse modulated by a transmitter and irradiated to a target via a transmission / reception antenna, and a time history of a range profile obtained by pulse compression (hereinafter referred to as a range history). The Doppler profile time history (hereinafter referred to as the Doppler history) obtained by first short-time Fourier transforming the received signal to the above-mentioned range and Doppler changes caused by unnecessary relative motion between the target and the radar. (See, for example, Patent Document 1).

ドップラヒストリ上には、目標上の複数の各反射点の軌跡が存在する。従来方法は、これらの軌跡を同じ傾きの直線とみなし、ドップラヒストリの振幅分布を2次元フーリエ変換して得られるスペクトル上で、原点を通る傾きの異なる複数の積分経路を設定する。そして、従来方法は、各積分経路に沿ったスペクトルの積分結果の最大値に基づいてスペクトル上の直線を特定し、その情報に基づいて目標上の反射点のドップラ周波数の時間に対する1次変化を推定した。   On the Doppler history, there are a plurality of reflection points on the target. In the conventional method, these trajectories are regarded as straight lines having the same inclination, and a plurality of integration paths having different inclinations passing through the origin are set on a spectrum obtained by two-dimensional Fourier transform of the amplitude distribution of the Doppler history. In the conventional method, a straight line on the spectrum is specified based on the maximum value of the spectrum integration result along each integration path, and a primary change with respect to time of the Doppler frequency of the reflection point on the target is determined based on the information. Estimated.

さらに、その情報から、2次のレンジと位相の変化を推定する(位相の2次の変化は、ドップラの1次の変化に対応)。最終的に、この推定結果に基づき、各反射点のレンジとドップラ周波数との変化をなくすような補償を行い、画像のぼけを除去することができる。また、この処理を前処理として用いた後に、別の方法を適用して、さらに補償精度を向上させることができる。   Further, the change in the secondary range and phase is estimated from the information (the secondary change in phase corresponds to the primary change in Doppler). Finally, based on this estimation result, it is possible to perform compensation so as to eliminate the change in the range of each reflection point and the Doppler frequency, and to remove image blur. In addition, after using this process as a pre-process, another method can be applied to further improve the compensation accuracy.

特開2001−74832号公報(第1頁、図1)JP 2001-74832 A (first page, FIG. 1)

しかしながら、従来技術には次のような課題がある。従来のレーダ装置は、高精度な運動補償を行うために、受信信号上の各反射点の位相変化に基づいて距離変化を推定する際に、同じレンジに存在する複数の反射点間の干渉の影響で補償量の推定誤差が増大するという問題があった。   However, the prior art has the following problems. In order to perform high-precision motion compensation, the conventional radar apparatus estimates the distance change based on the phase change of each reflection point on the received signal, and the interference between a plurality of reflection points existing in the same range. There is a problem that the estimation error of the compensation amount increases due to the influence.

また、受信信号上の各反射点の位置変化に基づいて補償量を推定する際に、補償量の推定精度が不足する問題があった。   Further, when estimating the compensation amount based on the position change of each reflection point on the received signal, there is a problem that the compensation amount estimation accuracy is insufficient.

本発明は上述のような課題を解決するためになされたもので、不要な距離変化を推定する際に、同じレンジに存在する複数の反射点間の干渉の影響で増大する補償量の推定誤差を低減することのできる画像レーダ装置を得ることを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems. When estimating an unnecessary distance change, an estimation error of a compensation amount that increases due to the influence of interference between a plurality of reflection points existing in the same range. An object of the present invention is to obtain an image radar apparatus capable of reducing the above.

本発明に係る画像レーダ装置は、移動する目標に対して電波を送信し、目標からの反射波を受信して、レンジプロフィールの時間履歴であるレンジヒストリを生成し、レンジヒストリのクロスレンジ圧縮により目標の画像を得る画像レーダ装置において、レンジヒストリから時系列データを抽出する時系列データ抽出手段と、抽出された時系列データに短時間フーリエ変換を適用してドップラプロフィールの時間履歴であるドップラヒストリを生成するドップラヒストリ生成手段と、生成されたドップラヒストリから区分時間領域のドップラヒストリである短時間ドップラヒストリを切り出すヒストリ切出し手段と、切り出された短時間ドップラヒストリ上の各反射点の軌跡のドップラ周波数の変化率を推定するドップラ変化率推定手段と、複数の短時間ドップラヒストリに対して推定されたドップラ周波数の変化率に基づいて全時間におけるドップラ周波数の変化を推定し、推定結果に基づいて目標とレーダとの間のレンジの変化を推定するレンジ変化算出手段と、推定されたレンジの変化に基づいて、レンジヒストリのレンジおよびドップラの不要な変化の影響を補償するためのレンジ分解能で規格化したレンジ補償量および位相補償量を算出する補償量算出手段と、算出されたレンジ補償量および位相補償量に基づいてレンジヒストリの不要なレンジおよび位相の変化を補償する運動補償器とを有する2次元フーリエ変換補償回路を備えるものである。   The image radar apparatus according to the present invention transmits a radio wave to a moving target, receives a reflected wave from the target, generates a range history that is a time history of the range profile, and performs cross range compression of the range history. In an image radar apparatus for obtaining a target image, time-series data extracting means for extracting time-series data from a range history, and a Doppler history that is a time history of a Doppler profile by applying a short-time Fourier transform to the extracted time-series data Doppler history generating means for generating a history, a history extracting means for extracting a short-time Doppler history that is a Doppler history in a segmented time region from the generated Doppler history, and a Doppler of a locus of each reflection point on the extracted short-time Doppler history Doppler change rate estimation means for estimating the frequency change rate; A range that estimates the Doppler frequency change over time based on the Doppler frequency change rate estimated for a number of short-time Doppler histories and estimates the range change between the target and the radar based on the estimation results Compensation amount to calculate the range compensation amount and phase compensation amount normalized by the range resolution to compensate for the influence of the range history and the unnecessary Doppler change based on the estimated range change A two-dimensional Fourier transform compensation circuit having calculation means and a motion compensator that compensates for an unnecessary range and phase change in the range history based on the calculated range compensation amount and phase compensation amount is provided.

本発明によれば、ヒストリを区分領域に分割して、各区分領域ごとに2次元フーリエ変換を適用して求めたヒストリの変化率に基づいて補償量を推定することにより、不要な距離変化を推定する際に、同じレンジに存在する複数の反射点間の干渉の影響で増大する補償量の推定誤差を低減することのできる画像レーダ装置を得ることができる。   According to the present invention, an unnecessary distance change is obtained by dividing a history into divided regions and estimating a compensation amount based on a history change rate obtained by applying a two-dimensional Fourier transform to each divided region. It is possible to obtain an image radar apparatus that can reduce an estimation error of a compensation amount that increases due to the influence of interference between a plurality of reflection points existing in the same range when estimating.

以下、本発明の画像レーダ装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
本発明の画像レーダ装置は、区分領域ごとに分割されたヒストリに対してフーリエ変換を施すことにより、推定誤差を低減した補償量を推定できることを特徴とするものである。
A preferred embodiment of an image radar apparatus of the present invention will be described below with reference to the drawings.
The image radar apparatus of the present invention is characterized in that a compensation amount with a reduced estimation error can be estimated by performing Fourier transform on the history divided for each divided region.

実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1における画像レーダ装置の構成図である。図1において、送信機1は、目標へ照射する広帯域パルスを生成・増幅する。送受切換器2は、送信と受信の切換えを行う。送受信アンテナ3は、送信機1で生成された広帯域パルスを目標に対して送信し、反射した広帯域パルスを受信するアンテナである。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a configuration diagram of an image radar apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 1, the transmitter 1 generates and amplifies a broadband pulse that irradiates a target. The transmission / reception switch 2 switches between transmission and reception. The transmission / reception antenna 3 is an antenna that transmits the broadband pulse generated by the transmitter 1 to the target and receives the reflected broadband pulse.

受信機4は、送受信アンテナで受信した信号を、送受切換器2を介して受信する。さらに、パルス圧縮器5は、受信信号をパルス圧縮する。パルス圧縮された信号は、粗補償回路10、2D−FT補償回路20、精細補償回路30による補償処理を経て、クロスレンジ圧縮器40に入力される。   The receiver 4 receives the signal received by the transmission / reception antenna via the transmission / reception switch 2. Further, the pulse compressor 5 performs pulse compression on the received signal. The pulse-compressed signal undergoes compensation processing by the coarse compensation circuit 10, the 2D-FT compensation circuit 20, and the fine compensation circuit 30 and is input to the cross range compressor 40.

粗補償回路10は、粗補償量推定器100および運動補償器11で構成され、運動の粗補償を行う。粗補償量推定器100は、画像再生の際にぼけや画質の劣化の原因となる不要な運動成分を粗い精度で推定して、この運動成分を補償するための補償量を設定する。そして、運動補償器11は、推定された運動補償量を用いて運動を補償する。   The coarse compensation circuit 10 includes a coarse compensation amount estimator 100 and a motion compensator 11 and performs coarse compensation of motion. The rough compensation amount estimator 100 estimates an unnecessary motion component that causes blurring and image quality degradation at the time of image reproduction with rough accuracy, and sets a compensation amount for compensating for the motion component. Then, the motion compensator 11 compensates the motion using the estimated motion compensation amount.

2D−FT補償回路20は、2次元フーリエ変換(2D−FT)補償回路のことであり、2D−FT補償量推定器200および運動補償器21で構成され、運動の補償を行う。2D−FT補償量推定器200は、2次元フーリエ変換に基づいて不要な運動成分を推定して、この運動成分を補償するための補償量を設定する。そして、運動補償器21は、推定された運動補償量を用いて運動を補償する。   The 2D-FT compensation circuit 20 is a two-dimensional Fourier transform (2D-FT) compensation circuit, and includes a 2D-FT compensation amount estimator 200 and a motion compensator 21 and compensates for motion. The 2D-FT compensation amount estimator 200 estimates an unnecessary motion component based on the two-dimensional Fourier transform, and sets a compensation amount for compensating for the motion component. The motion compensator 21 compensates for the motion using the estimated motion compensation amount.

精細補償回路30は、精細補償量推定器300および運動補償器31で構成され、運動の精細補償を行う。精細補償量推定器300は、不要な運動成分を精細に推定して補償量を設定する。そして、運動補償器31は、推定された運動補償量を用いて運動を補償する。   The fine compensation circuit 30 includes a fine compensation amount estimator 300 and a motion compensator 31, and performs fine motion compensation. The fine compensation amount estimator 300 finely estimates unnecessary motion components and sets the compensation amount. The motion compensator 31 compensates for the motion using the estimated motion compensation amount.

クロスレンジ圧縮器40は、粗補償回路10、2D−FT補償回路20、精細補償回路30により順次運動補償された後の信号を、フーリエ変換して開口合成後のレーダ画像を得るクロスレンジ圧縮回路である。   The cross-range compressor 40 is a cross-range compression circuit that obtains a radar image after aperture synthesis by Fourier-transforming a signal after motion compensation is sequentially performed by the coarse compensation circuit 10, the 2D-FT compensation circuit 20, and the fine compensation circuit 30. It is.

実施の形態1における画像レーダ装置は、2D−FT補償回路20内の2D−FT補償量推定器200の働きにより、不要な距離変化を推定する際に、同じレンジに存在する複数の反射点間の干渉の影響で増大する補償量の推定誤差を低減することを特徴としている。そこで、この2D−FT補償量推定器200の詳細構成について、次に説明する。   The image radar apparatus according to the first embodiment uses a 2D-FT compensation amount estimator 200 in the 2D-FT compensation circuit 20 to estimate an unnecessary distance change between a plurality of reflection points existing in the same range. It is characterized in that the estimation error of the compensation amount that increases due to the influence of the interference is reduced. The detailed configuration of the 2D-FT compensation amount estimator 200 will be described next.

図2は、本発明の実施の形態1の画像レーダ装置における2D−FT補償量推定器200の内部構成図である。図2の2D−FT補償量推定器200は、時系列データ抽出手段201、ドップラヒストリ生成手段202、ヒストリ切出し手段203、2D−FT手段204、スペクトル画像傾き推定手段205、ドップラ変化率算出手段206、レンジ変化算出手段207、および補償量算出手段208を備えており、さらに、記憶部として、STFT点数記憶部291、ヒストリ切出し点数記憶部292、およびスペクトル画像傾き記憶部293を備えている。   FIG. 2 is an internal configuration diagram of the 2D-FT compensation amount estimator 200 in the image radar apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. The 2D-FT compensation amount estimator 200 in FIG. 2 includes a time series data extraction unit 201, a Doppler history generation unit 202, a history extraction unit 203, a 2D-FT unit 204, a spectral image inclination estimation unit 205, and a Doppler change rate calculation unit 206. A range change calculating unit 207 and a compensation amount calculating unit 208, and further includes an STFT score storage unit 291, a history extraction score storage unit 292, and a spectral image inclination storage unit 293 as storage units.

さらに、図3は、本発明の実施の形態1におけるスペクトル画像傾き推定手段205の内部構成図であり、図2におけるスペクトル画像傾き推定手段205の詳細構成を示したものである。   Further, FIG. 3 is an internal configuration diagram of the spectral image inclination estimation means 205 in the first embodiment of the present invention, and shows a detailed configuration of the spectral image inclination estimation means 205 in FIG.

図3のスペクトル画像傾き推定手段205は、スペクトル画像傾き推定メイン手段211aおよび211b、ゼロ傾き切換手段212、既知傾き付加手段213、2D−FT手段214、既知傾き除去手段215、およびスペクトル画像傾き出力手段216で構成される。   3 includes spectral image inclination estimation main means 211a and 211b, zero inclination switching means 212, known inclination adding means 213, 2D-FT means 214, known inclination removing means 215, and spectral image inclination output. Consists of means 216.

ここで、スペクトル画像傾き推定メイン手段211a、211bは、同一の機能を有し、スペクトル画像傾き推定メイン手段211aが第1のスペクトル画像傾き推定メイン手段に相当し、スペクトル画像傾き推定メイン手段211bが第2のスペクトル画像傾き推定メイン手段に相当する。また、2D−FT手段214は、2D−FT手段204と同一の機能を有し、第2の2D−FT手段に相当する。   Here, the spectral image inclination estimation main means 211a and 211b have the same function, the spectral image inclination estimation main means 211a corresponds to the first spectral image inclination estimation main means, and the spectral image inclination estimation main means 211b. This corresponds to the second spectral image inclination estimation main means. The 2D-FT means 214 has the same function as the 2D-FT means 204 and corresponds to a second 2D-FT means.

さらに、図4は、本発明の実施の形態1におけるスペクトル画像傾き推定メイン手段211の内部構成図であり、図3におけるスペクトル画像傾き推定メイン手段211aおよび211bの詳細構成を示したものである。   Further, FIG. 4 is an internal configuration diagram of the spectral image inclination estimation main unit 211 in Embodiment 1 of the present invention, and shows a detailed configuration of the spectral image inclination estimation main unit 211a and 211b in FIG.

図4の、スペクトル画像傾き推定メイン手段211は、Y値設定手段221、傾き候補設定手段222、X連続値算出手段223、X切捨て値設定手段224、X差分値算出手段225、隣接X値積分手段227、加重正規化ベクトル生成手段226、およびピーク傾き検出手段228を備えており、さらに、記憶部として、積分結果記憶部294を備えている。   The spectral image inclination estimation main means 211 in FIG. 4 includes a Y value setting means 221, an inclination candidate setting means 222, an X continuous value calculation means 223, an X cutoff value setting means 224, an X difference value calculation means 225, an adjacent X value integration. Means 227, weighted normalization vector generation means 226, and peak slope detection means 228 are provided, and an integration result storage unit 294 is provided as a storage unit.

以下、これら図1〜4の構成図に基づいて、本実施の形態1の画像レーダ装置における具体的な処理について説明する。送信機1は、時間とともに周波数が変化する信号(チャープ信号)に変調された高周波パルスを発生し、送受切換器2を介して送受信アンテナ3に供給する。   Hereinafter, specific processing in the image radar apparatus according to the first embodiment will be described based on the configuration diagrams of FIGS. The transmitter 1 generates a high-frequency pulse modulated into a signal (chirp signal) whose frequency changes with time, and supplies it to the transmission / reception antenna 3 via the transmission / reception switch 2.

送受信アンテナ3は、供給された高周波パルスを目標6に対して送信する。送信した高周波パルスは、目標6で反射され、この反射された信号(エコー)は、送受信アンテナ3に入り、送受切換器2を介して受信機4で復調される。   The transmitting / receiving antenna 3 transmits the supplied high frequency pulse to the target 6. The transmitted high-frequency pulse is reflected by the target 6, and the reflected signal (echo) enters the transmission / reception antenna 3 and is demodulated by the receiver 4 via the transmission / reception switch 2.

受信機4で復調された信号は、送信信号の瞬時周波数に対して、画像レーダ装置と目標6との間の電波伝搬の往復に要する時間分を遅延したものである。したがって、パルス圧縮器5において、送信信号を用いて受信信号にマッチドフィルタをかけることにより、遅延に相当した時間にインパルスを得ることができる。このことにより、レンジ分解能が向上する。この圧縮後の波形を以下では、レンジプロフィールと呼ぶ。   The signal demodulated by the receiver 4 is obtained by delaying the time required for the round trip of radio wave propagation between the image radar apparatus and the target 6 with respect to the instantaneous frequency of the transmission signal. Therefore, the pulse compressor 5 can obtain an impulse at a time corresponding to the delay by applying a matched filter to the received signal using the transmission signal. This improves the range resolution. Hereinafter, this compressed waveform is referred to as a range profile.

目標6に対して高周波パルスを照射して、受信信号をパルス圧縮する上述の一連の処理を、目標6とレーダとの相対位置関係を変えながら繰り返し、得られたレンジプロフィールを蓄積する。以下の説明において、照射された高周波パルスの番号を、ヒットh(h=0、1、2、…、H−1:ただし、Hは、ヒット数)と呼ぶことにする。   The above-described series of processes of irradiating the target 6 with high frequency pulses and pulse-compressing the received signal is repeated while changing the relative positional relationship between the target 6 and the radar, and the obtained range profile is accumulated. In the following description, the number of the irradiated high frequency pulse is referred to as a hit h (h = 0, 1, 2,..., H−1, where H is the number of hits).

また、レンジのサンプリング周波数をBsとすると、サンプリング周期は、1/Bsとなる。サンプリング開始時刻からの遅延がt[s]の受信信号は、t/(1/Bs)=tBs点目にサンプリングされる。   If the sampling frequency of the range is Bs, the sampling period is 1 / Bs. The received signal whose delay from the sampling start time is t [s] is sampled at the point t / (1 / Bs) = tBs.

このサンプリング番号を、以下ではレンジセルm(m=0、1、2、…、M−1:ただし、Mは、レンジセル数)と表す。なお、遅延t[s]は、光速をC[m/s]として、距離差tC/2[m]に相当する。よって、1レンジ分解能セルは、C/(2Bs)[m]になる。   Hereinafter, this sampling number is expressed as a range cell m (m = 0, 1, 2,..., M−1: where M is the number of range cells). Note that the delay t [s] corresponds to a distance difference tC / 2 [m] where the light speed is C [m / s]. Therefore, one range resolution cell is C / (2Bs) [m].

以下では、蓄積されたHヒット分のレンジプロフィールを、2次元配列S_0(m、h)で与える。S_0(m、h)は、レンジプロフィールの時間履歴を与えることから、これをレンジヒストリと呼ぶことにする。   Below, the range profile for the accumulated H hits is given as a two-dimensional array S_0 (m, h). Since S_0 (m, h) gives a time history of the range profile, this is called a range history.

次に、レンジと直交するクロスレンジ方向の圧縮原理について述べる。図5は、本発明の実施の形態1におけるクロスレンジ方向の圧縮原理に関する説明図である。図5に示すxy平面内を移動する目標は、目標上の仮想的な重心位置Gまでの距離を固定するように適当な補償をすると、目標からの受信信号は、同じ目標が空間内に固定されたGを中心に等価的な回転をしている場合の受信信号と等しいとみなすことができる。   Next, the compression principle in the cross range direction orthogonal to the range will be described. FIG. 5 is an explanatory diagram relating to the compression principle in the cross-range direction according to Embodiment 1 of the present invention. When the target moving in the xy plane shown in FIG. 5 is appropriately compensated so as to fix the distance to the virtual center of gravity G on the target, the same target is fixed in space for the received signal from the target. Therefore, it can be considered that the received signal is equal to the received signal when the equivalent rotation is performed around G.

レーダを基準とした上記重心位置ベクトル方向の単位ベクトルをii_0、等価的な回転運動(また、回転運動のみを行う目標の場合は、その回転運動)を与える角速度ベクトルをww、中心周波数に対応する波長をλとすると、Gを基準とした位置ベクトルがrr_pで与えられる点Pのドップラ周波数f_pは、近似的に次式(1)で与えられる。   The unit vector in the centroid position vector direction with respect to the radar is ii_0, the angular velocity vector giving the equivalent rotational motion (or the rotational motion in the case of a target that performs only the rotational motion) is ww, and the center frequency corresponds. When the wavelength is λ, the Doppler frequency f_p of the point P where the position vector with G as a reference is given by rr_p is approximately given by the following equation (1).

Figure 2006343290
Figure 2006343290

すなわち、ドップラ周波数f_pは、点Pの(ii_0×ww)方向の位置に比例した値となることが分かる。   That is, it can be seen that the Doppler frequency f_p is a value proportional to the position of the point P in the (ii_0 × ww) direction.

ここで、ii_0と(ii_0×ww)は、直交することから、目標からの受信信号に関するレンジとドップラ周波数との2次元分布は、目標上の反射強度分布をii_0と(ii_0×ww)で定義される2次元平面に投影した画像に対応することとなる。   Here, since ii_0 and (ii_0 × ww) are orthogonal to each other, the two-dimensional distribution of the range and the Doppler frequency related to the received signal from the target defines the reflection intensity distribution on the target as ii_0 and (ii_0 × ww). It corresponds to the image projected on the two-dimensional plane.

図6は、本発明の実施の形態1における目標を2次元平面に投影した画像の例示図である。ISARは、上述のレンジヒストリを、各レンジごとにヒット方向にフーリエ変換することで、受信信号のレンジおよびドップラ分布、すなわち、目標に関する2次元の電波画像を得る。   FIG. 6 is a view showing an example of an image obtained by projecting the target on the two-dimensional plane in the first embodiment of the present invention. The ISAR obtains a range and Doppler distribution of a received signal, that is, a two-dimensional radio image related to a target, by performing Fourier transform on the range history in the hit direction for each range.

ここで、図7は、本発明の実施の形態1において、画像中の曲線が、複数の反射点の各時間におけるレンジを表す軌跡を示した図である。また、図8は、本発明の実施の形態1において、画像中の曲線が、複数の反射点の各時間におけるドップラ位置を表す軌跡を示した図である。   Here, FIG. 7 is a diagram showing a trajectory in which a curve in an image represents a range at each time of a plurality of reflection points in the first embodiment of the present invention. FIG. 8 is a diagram showing a locus in which a curve in an image represents a Doppler position at each time of a plurality of reflection points in Embodiment 1 of the present invention.

ISARは、上述のように、各反射点をレンジとドップラ周波数で分離していることから、例えば、この図7や図8のように、受信信号中で各反射点のレンジやドップラ周波数が変化すると画像がぼけてしまう。   As described above, since each reflection point is separated by the range and the Doppler frequency in the ISAR, for example, as shown in FIGS. 7 and 8, the range and the Doppler frequency of each reflection point change in the received signal. Then the image will be blurred.

そこで、レンジやドップラ周波数の変化を取り除くように補償をする必要がある。まず始めに、粗補償回路10中の粗補償量推定器100は、目標の追尾や従来の受信信号に基づく推定処理の結果等を用いて、各ヒットhにおけるレーダと重心との間の距離変化r_raw(h)を推定する。   Therefore, it is necessary to compensate so as to remove changes in the range and Doppler frequency. First, the coarse compensation amount estimator 100 in the coarse compensation circuit 10 uses a target tracking, a result of estimation processing based on a conventional received signal, or the like to change the distance between the radar and the center of gravity at each hit h. Estimate r_raw (h).

推定された距離変化r_raw(h)に基づいて、位相変化φ_raw(h)、およびサンプリング間隔相当の距離幅で規格化したレンジ変化(以下では規格化レンジ変化と称す)m_raw(h)を、それぞれ次式(2)、(3)で算出する。   Based on the estimated distance change r_raw (h), a phase change φ_raw (h) and a range change (hereinafter referred to as a normalized range change) m_raw (h) normalized by a distance width corresponding to the sampling interval, It calculates with following Formula (2) and (3).

Figure 2006343290
Figure 2006343290

次に、運動補償器11は、これらの値に基づいて、S_0(m、h)のレンジと位相を次式(4)で補償して、粗補償後のレンジヒストリs_1(m、h)を得る。   Next, based on these values, the motion compensator 11 compensates the range and phase of S_0 (m, h) by the following equation (4), and obtains the range history s_1 (m, h) after rough compensation. obtain.

Figure 2006343290
Figure 2006343290

ただし、式(4)中の処理であるAlignは、レンジを補償する処理であり、次式(5)〜(7)で与えられる。   However, Align which is a process in the equation (4) is a process for compensating the range, and is given by the following equations (5) to (7).

Figure 2006343290
Figure 2006343290

ここでは、レンジの補償量が1レンジセル以下の精度で与えられることを想定して、式(5)〜(7)で示したように、レンジのスペクトルの位相の補正に基づいてレンジ補償を行っている。   Here, assuming that the compensation amount of the range is given with an accuracy of one range cell or less, the range compensation is performed based on the correction of the phase of the spectrum of the range as shown in the equations (5) to (7). ing.

粗補償回路10による補償の後に、2D−FT補償回路20は、その内部の2D−FT補償量推定器200において、受信信号を短時間フーリエ変換(Short Time Fourier Transform:STFT)をして得られるドップラヒストリに基づいて補償量の推定を行う。   After compensation by the coarse compensation circuit 10, the 2D-FT compensation circuit 20 is obtained by performing a short time Fourier transform (STFT) on the received signal in the internal 2D-FT compensation amount estimator 200. The compensation amount is estimated based on the Doppler history.

図2の時系列データ抽出手段201は、レンジヒストリs_1(m、h)から、ドップラヒストリを生成するためのデータ列d(h)を抽出する。ここで、図9は、本発明の実施の形態1におけるレンジヒストリの模式図であり、図中の太い線が、いくつかの反射点の軌跡を表している。   The time-series data extracting unit 201 in FIG. 2 extracts a data string d (h) for generating a Doppler history from the range history s_1 (m, h). Here, FIG. 9 is a schematic diagram of the range history in the first embodiment of the present invention, and the thick lines in the drawing represent the loci of several reflection points.

時系列データ抽出手段201は、注目する反射点の軌跡が含まれるように、図9中に横線で示す、レンジの切出し範囲(切出し範囲のレンジ最小値m_stt、レンジ最大値m_end)を設定し、次式(8)により切出し範囲を総和して、d(h)を得る。   The time-series data extraction unit 201 sets a range extraction range (range range minimum value m_st, range maximum value m_end) indicated by a horizontal line in FIG. 9 so that the locus of the reflection point of interest is included, The cutout range is summed by the following equation (8) to obtain d (h).

Figure 2006343290
Figure 2006343290

ここで、次段以降の準備のため、d(h)をh<0およびh>H−1の範囲にも拡張しておき、その値を0としている。なお、m_stt、m_endについては、全レンジ範囲のデータを総和するようにm_stt=0、m_end=M−1としても構わない。   Here, d (h) is extended to the range of h <0 and h> H−1 for the preparation after the next stage, and the value is set to 0. Note that m_stt and m_end may be set to m_st = 0 and m_end = M−1 so that the data in the entire range is summed.

次に、ドップラヒストリ生成手段202は、d(h)より、まず、次式(9)で与えられるドップラヒストリ生成用配列d_cut(h’、h_c)を生成する。   Next, the Doppler history generation means 202 first generates a Doppler history generation array d_cut (h ′, h_c) given by the following equation (9) from d (h).

Figure 2006343290
Figure 2006343290

ここで、D_cutは、d(h)からデータを切出す切出し点数であり、STFT点数記憶部291にあらかじめ蓄積されている値(以下では、この値をSTFT点数と称す)を読み出す。また、D_hokanは、ドップラヒストリ生成の際のゼロ詰め後点数であり、h_cは、切出し中心ヒットであり、h’は、ドップラヒストリ生成の際のヒットである。   Here, D_cut is the number of cut-out points from which data is cut out from d (h), and a value stored in advance in the STFT point storage unit 291 (hereinafter, this value is referred to as STFT point number) is read out. D_hokan is a zero-padded score at the time of Doppler history generation, h_c is a cut center hit, and h ′ is a hit at the time of Doppler history generation.

ここでは、D_cut≦D_hokanとすることで、ドップラヒストリをD_hokan/D_cut倍にゼロ詰め補間して、ドップラヒストリを詳細化する。   Here, by setting D_cut ≦ D_hokan, the Doppler history is interpolated to zero by D_hokan / D_cut times to refine the Doppler history.

次に、ドップラヒストリ生成手段202は、次式(10)に示すように、d_cut(h’、h_c)についてh’方向にフーリエ変換を行って、ドップラヒストリdop_hist(k’、h_c)を得る。   Next, as shown in the following equation (10), the Doppler history generation unit 202 performs Fourier transform in the h ′ direction on d_cut (h ′, h_c) to obtain Doppler history dop_hist (k ′, h_c).

Figure 2006343290
Figure 2006343290

ただし、k’は、ドップラヒストリにおけるドップラセル番号である。ここでは、次段の処理を考慮して、dop_hist(k’、h_c)をh_c<0およびh_c>H−1の範囲に拡張して、0をセットしておく。   However, k 'is a Doppler cell number in Doppler history. Here, considering the processing in the next stage, dop_hist (k ′, h_c) is expanded to the range of h_c <0 and h_c> H−1, and 0 is set.

ドップラヒストリ上には、複数の反射点の軌跡が現れる。ISAR画像上で、各反射点がドップラ方向にぼけない場合には、ドップラヒストリ上のそれぞれの反射点の軌跡は、等ドップラの直線となっている。   On the Doppler history, the locus of a plurality of reflection points appears. When each reflection point is not blurred in the Doppler direction on the ISAR image, the locus of each reflection point on the Doppler history is an equal Doppler straight line.

しかし、ISAR画像上の各反射点がドップラ方向にぼける場合には、各反射点の軌跡は、ヒットの変化とともにドップラ方向に変化している(すなわち、各反射点のドップラ周波数がヒットの変化とともに変化する)。   However, when each reflection point on the ISAR image is blurred in the Doppler direction, the locus of each reflection point changes in the Doppler direction as the hit changes (that is, the Doppler frequency of each reflection point changes as the hit changes). Change).

ただし、このドップラ周波数の変化は、同じ目標の位置変化によって発生していることから、その変化量自体は、全反射点でほぼ等しいと期待される。以下では、その変化量を推定する。   However, since the change in the Doppler frequency is caused by the change in the position of the same target, the change amount itself is expected to be substantially equal at the total reflection point. In the following, the amount of change is estimated.

ヒストリ切出し手段203は、ヒストリ切出し点数記憶部292に蓄積されたヒストリの切出し点数D2_cutに基づいて、入力したヒストリ(ここではドップラヒストリ)を切出す。   The history cutout means 203 cuts out the input history (here, Doppler history) based on the history cutout points D2_cut accumulated in the history cutout point storage unit 292.

入力したヒストリを、以下では、一般的にimg00(y、x0)と表す。ここで、img00(y、x0)におけるy軸がdop_hist(k’、h_c)におけるk’軸に、同じくx0軸がh_c軸にそれぞれ対応する。   Hereinafter, the input history is generally expressed as img00 (y, x0). Here, the y axis in img00 (y, x0) corresponds to the k ′ axis in dop_hist (k ′, h_c), and the x0 axis corresponds to the h_c axis, respectively.

ヒストリ切出し手段203は、次式(11)に示すように、中央x値であるx_cを変えながらimg00(y、x0)からx方向の幅がD2_cutの短時間ヒストリを切出し、これを、img0(y、x、x_c)としてヒストリ切出し点数記憶部292に格納する。   As shown in the following equation (11), the history cutout unit 203 cuts out a short-time history having a width in the x direction D2_cut from img00 (y, x0) while changing x_c which is the central x value, (y, x, x_c) is stored in the history cut-out point storage unit 292.

Figure 2006343290
Figure 2006343290

図10は、本発明の実施の形態1における短時間ヒストリの切出しの例示図である。図10において、x_c=x_c1の時には横線の領域が切出され、x_c=x_c2の時には斜線の領域が切出される。この切出し幅D2_cutが短くなるにつれ、その画像上の軌跡を直線とみなせるようになる。   FIG. 10 is a view showing an example of short-term history extraction in the first embodiment of the present invention. In FIG. 10, a horizontal line area is cut out when x_c = x_c1, and a hatched area is cut out when x_c = x_c2. As the cutout width D2_cut becomes shorter, the locus on the image can be regarded as a straight line.

すなわち、D2_cutを短くした場合には、各区分領域での軌跡の変化を推定する問題は、画像上の同じ傾きの直線の傾きを推定する問題に簡単化できると期待される。   That is, when D2_cut is shortened, it is expected that the problem of estimating the change of the trajectory in each segmented area can be simplified to the problem of estimating the inclination of the straight line having the same inclination on the image.

次に、2D−FT手段204は、各x_cごとに得られた2次元画像を2次元フーリエ変換してそれぞれスペクトルを得る。   Next, the 2D-FT means 204 performs a two-dimensional Fourier transform on the two-dimensional image obtained for each x_c to obtain a spectrum.

ここで、img0(y、x、x_c)において、x_cを与えた場合に定まるyとxに関する2次元配列を、改めて一般的にimg(y、x)と呼ぶことにする。ここで、img(y、x)のy方向の画素数をN_y、x方向の画素数をN_xとする。   Here, in img0 (y, x, x_c), a two-dimensional array related to y and x determined when x_c is given is generally referred to as img (y, x) again. Here, the number of pixels in the y direction of img (y, x) is N_y, and the number of pixels in the x direction is N_x.

img(y、x)を振幅検出した後に2次元フーリエ変換し、下式(12)に示すように、img(y、x)のスペクトルfimg(f_y、f_x)を得る。   After detecting the amplitude of img (y, x), a two-dimensional Fourier transform is performed to obtain a spectrum img (f_y, f_x) of img (y, x) as shown in the following equation (12).

Figure 2006343290
Figure 2006343290

ここで、f_x、f_yは、それぞれx、y方向の空間周波数である。次に、スペクトル画像傾き推定手段205は、入力されたスペクトル画像fimg(f_y、f_x)に基づいて、複素画像img(y、x)上の軌跡の傾きを推定する。   Here, f_x and f_y are spatial frequencies in the x and y directions, respectively. Next, the spectral image inclination estimation means 205 estimates the inclination of the locus on the complex image img (y, x) based on the input spectral image img (f_y, f_x).

図11および図12は、本発明の実施の形態1における傾きを推定する際の説明図である。画像|img(y、x)|上で傾き(x方向に1画素進む間にy方向に進む画素数)aが等しくy切片が異なる任意の直線(図11)は、スペクトル画像上で原点を通り、傾きaが次式(13)で与えられる直線に変換される(図12参照)。   FIG. 11 and FIG. 12 are explanatory diagrams when estimating the inclination in the first embodiment of the present invention. Arbitrary straight lines (FIG. 11) having the same slope and the same y-intercept (the number of pixels that advance in the y direction while moving one pixel in the x direction) on the image | img (y, x) | As described above, the inclination a is converted into a straight line given by the following equation (13) (see FIG. 12).

Figure 2006343290
Figure 2006343290

図3に示したように、スペクトル画像傾き推定手段205内部のスペクトル画像傾き推定メイン手段211aは、2D−FT手段204より入力されたスペクトル画像fimg(f_y、f_x)で、原点を通り、傾きが異なる複数の積分経路を設定して、それぞれの積分経路に沿った積分値の最大値に基づいてスペクトル画像内の直線を検出する。   As shown in FIG. 3, the spectrum image inclination estimation main means 211a inside the spectrum image inclination estimation means 205 is a spectrum image fimg (f_y, f_x) input from the 2D-FT means 204, passes through the origin, and has an inclination. A plurality of different integration paths are set, and a straight line in the spectrum image is detected based on the maximum value of the integration values along each integration path.

図4に示したように、スペクトル画像傾き推定メイン手段211a内部のpY値設定手段221は、積分経路を設定するために、2N_x点のスペクトル画像のf_y方向の値を設定する。まず、次式(14)のfy0(i_ny)を設定する。   As shown in FIG. 4, the pY value setting unit 221 inside the spectral image inclination estimation main unit 211a sets the value in the f_y direction of the spectrum image at the point 2N_x in order to set the integration path. First, fy0 (i_ny) of the following equation (14) is set.

Figure 2006343290
Figure 2006343290

次に、スペクトル画像のf_y方向の画素番号が0〜N_y−1で与えられることを想定し、次式(14)’のモジュロ演算でf_y(i_ny)を与える。   Next, assuming that the pixel number in the f_y direction of the spectrum image is given by 0 to N_y−1, f_y (i_ny) is given by the modulo operation of the following equation (14) ′.

Figure 2006343290
Figure 2006343290

傾き候補設定手段222は、N_A種類の傾きa_cand(i_nA)(i_nA=0、1、・・、N_A−1)を設定し、これを順に出力する。次に、X連続値算出手段223は、傾き候補設定手段222から出力された各A_cand(i_nA)ごとに、次式(15)で、各f_y0(i_ny)に対するf_x(i_ny)の値を得る。   The inclination candidate setting means 222 sets N_A types of inclinations a_cand (i_nA) (i_nA = 0, 1,..., N_A−1), and sequentially outputs them. Next, the X continuous value calculation unit 223 obtains the value of f_x (i_ny) for each f_y0 (i_ny) by the following equation (15) for each A_cand (i_nA) output from the inclination candidate setting unit 222.

Figure 2006343290
Figure 2006343290

ここで得られたf_x(i_ny)は、連続値であるが、積分を行う際には、画素を特定するために、これを離散化して表現する必要がある。   The f_x (i_ny) obtained here is a continuous value. However, when integration is performed, it is necessary to discretize and express the pixel in order to specify the pixel.

ここでは、連続値の近傍の隣接する2画素の線形補間により積分値を算出する。そのために、X切捨て値設定手段224は、f_x(i_ny)の小数点以下を切り捨てた値f_xom0(i_ny)を得る。   Here, the integral value is calculated by linear interpolation of two adjacent pixels in the vicinity of the continuous value. For this purpose, the X cut-off value setting means 224 obtains a value f_xom0 (i_ny) obtained by cutting off the fractional part of f_x (i_ny).

つぎに、f_xom0(i_ny)の値が、スペクトル画像の外、すなわち、f_xom0(i_ny)<0もしくは、f_xom0(i_ny)>N_x−1である場合を考える。   Next, consider a case where the value of f_xom0 (i_ny) is outside the spectrum image, that is, f_xom0 (i_ny) <0 or f_xom0 (i_ny)> N_x-1.

スペクトル画像上で、画像の一端から外に出た軌跡は、折り返しにより反対側の端から表れることから、ここでは、次式(16)のモジュロ演算により、折り返し後のfxの値f_xom(i_ny)を得る。   On the spectrum image, the trajectory that exits from one end of the image appears from the opposite end due to folding, and here, the value of fx after folding f_xom (i_ny) is obtained by the modulo operation of the following equation (16). Get.

Figure 2006343290
Figure 2006343290

同様に、次式(17)によりf_xom(i_ny)より1大きな画素番号f_xomp1(i_ny)を得る。   Similarly, a pixel number f_xomp1 (i_ny) that is one greater than f_xom (i_ny) is obtained by the following equation (17).

Figure 2006343290
Figure 2006343290

図13は、本発明の実施の形態1におけるスペクトル画像上での積分処理の説明図である。この図13には、黒丸で示した連続値f_x(i_ny)に対して、f_xom(i_ny)に対応するセルをクロス斜線のハッチングで、f_xomp1(i_ny)に対応するセルを縦線のハッチングでそれぞれ示している。   FIG. 13 is an explanatory diagram of the integration process on the spectrum image in the first embodiment of the present invention. In FIG. 13, for the continuous value f_x (i_ny) indicated by a black circle, cells corresponding to f_xom (i_ny) are indicated by cross hatching, and cells corresponding to f_xomp1 (i_ny) are indicated by vertical hatching. Show.

X差分値算出手段225は、次式(18)により、f_x(i_ny)とfxom0(i_ny)の差分値delta_fx(i_ny)を算出する。   The X difference value calculating means 225 calculates the difference value delta_fx (i_ny) between f_x (i_ny) and fxom0 (i_ny) by the following equation (18).

Figure 2006343290
Figure 2006343290

加重正規化ベクトル生成手段226は、積分の際の各f_yごとの重みベクトルW(i_ny)を次式(19)により設定する。   The weighted normalization vector generation means 226 sets the weight vector W (i_ny) for each f_y at the time of integration by the following equation (19).

Figure 2006343290
Figure 2006343290

ここで、Win_data(fimg(f_y、f_x))は、入力したスペクトル画像fimg(f_y、f_x)から定まる重みである。一般に、fimg(f_y、f_x)においては、直流から離れるに従って信号レベルが低くなることから、傾きの推定精度向上のために、直流から遠い高域側の信号を持ち上げることが有用である。   Here, Win_data (fimg (f_y, f_x)) is a weight determined from the input spectrum image fimg (f_y, f_x). In general, the signal level of the signal fimg (f_y, f_x) decreases as the distance from the direct current increases. Therefore, it is useful to raise the signal on the high frequency side far from the direct current in order to improve the estimation accuracy of the slope.

このことを踏まえ、例えば、Win_data(fimg(f_y、f_x))として、各f_yにおけるfimg(f_y、f_x)の振幅最大値を等しくするような重みや、各f_yにおけるfimg(f_y、f_x)の総電力を等しくするような正規化系の重みが考えられる。   Based on this, for example, as Win_data (fmg (f_y, f_x)), a weight that makes the maximum amplitude value of the fmg (f_y, f_x) equal in each f_y, and the total of the fimg (f_y, f_x) in each f_y Normalization weights that make power equal can be considered.

また、Win(i_ny)は、Win_data(fimg(f_y、f_x))による正規化系の重みを補正するための重みであり、目的に応じて適当な重みを用いる。   Win (i_ny) is a weight for correcting the weight of the normalization system by Win_data (fimg (f_y, f_x)), and an appropriate weight is used according to the purpose.

例えば、高域側のレベルの持ち上げすぎを緩和するためには、高域側、すなわち、i_nyの値でいうとi_ny=0またはi_ny=2N_y−1付近でレベルが下がる重み(例えば、ハニング重みなど)を用いる。   For example, in order to mitigate excessively raising the level on the high frequency side, a weight that decreases the level on the high frequency side, i.e., i_ny = 0 or i_ny = 2N_y−1 in terms of i_ny (for example, Hanning weight) ) Is used.

隣接X値積分手段227は、次式(20)により線積分を行い、積分結果s_intを積分結果記憶部294に格納する。   The adjacent X value integration means 227 performs line integration by the following equation (20), and stores the integration result s_int in the integration result storage unit 294.

Figure 2006343290
Figure 2006343290

スペクトル画像傾き推定メイン手段211aは、以上の処理を傾きA_cand(i_nA)を変えて繰り返す。   The spectral image inclination estimation main unit 211a repeats the above processing while changing the inclination A_cand (i_nA).

そしてピーク傾き検出手段228は、全ての積分経路に関する積分が終わった後に、積分値の最大値を探索し、その時の傾きをA_estとして得る。そして、式(13)のAにA_estを代入して得られる傾きaを入力画像img(x、y)上の軌跡の傾きの推定結果a_estとして出力する。スペクトル画像傾き推定メイン手段211aにより推定された傾きの推定結果a_estは、第1の傾き量に相当する。   Then, after the integration with respect to all the integration paths is completed, the peak inclination detecting means 228 searches for the maximum value of the integrated value, and obtains the inclination at that time as A_est. Then, the inclination a obtained by substituting A_est for A in Expression (13) is output as the estimation result a_est of the inclination of the locus on the input image img (x, y). The inclination estimation result a_est estimated by the spectral image inclination estimation main unit 211a corresponds to the first inclination amount.

次に、図3におけるゼロ傾き切換手段212は、傾きa_estを調べ、この値がゼロであるか否かによって、後段の処理を切換える。まず、傾きがゼロでない場合には、この傾きa_estをスペクトル画像傾き出力手段216に送る。   Next, the zero slope switching means 212 in FIG. 3 checks the slope a_est and switches the subsequent processing depending on whether or not this value is zero. First, when the inclination is not zero, the inclination a_est is sent to the spectral image inclination output means 216.

また、傾きがゼロの場合には、2次元フーリエ変換に基づく傾き推定が、傾きゼロ付近で精度が低く、ゼロと誤推定することが多いことを踏まえ、再度傾きを推定するために、既知傾き付加手段213の処理に進む。   In addition, when the slope is zero, the slope estimation based on the two-dimensional Fourier transform has a low accuracy near the slope zero and is often erroneously estimated as zero. The process proceeds to the adding unit 213.

既知傾き付加手段213は、ヒストリ切出し手段203から入力されるimg(y、x)に対して、軌跡の傾きが、精度の低いゼロ付近から外れるように、次式(21)に示すように、既知の傾きa_0の補償を行う。   As shown in the following equation (21), the known inclination adding means 213 is arranged so that the inclination of the locus deviates from near zero with low accuracy with respect to img (y, x) input from the history extraction means 203. Compensation of the known slope a_0 is performed.

Figure 2006343290
Figure 2006343290

2D−FT手段214は、このimg_2(y、x)に対して2次元フーリエ変換を適用してfimg_2(f_y、f_x)を得る。スペクトル画像傾き推定メイン手段211bは、fimg_2(f_y、f_x)に対して、前述の原点を通る直線の検出を行い、a_est2を得る。スペクトル画像傾き推定メイン手段211bにより推定された傾きの推定結果a_est2は、第2の傾き量に相当する。   The 2D-FT means 214 applies a two-dimensional Fourier transform to this img_2 (y, x) to obtain fimg_2 (f_y, f_x). The spectral image inclination estimation main unit 211b detects a straight line passing through the above-described origin with respect to fimg_2 (f_y, f_x), and obtains a_est2. The inclination estimation result a_est2 estimated by the spectral image inclination estimation main unit 211b corresponds to the second inclination amount.

既知傾き除去手段215は、前段のスペクトル画像傾き推定メイン手段211bで得られた傾きa_est2から、既知傾き付加手段213で付加された既知の傾きa_0を差し引き、得られたa_estをスペクトル画像傾き出力手段216に出力する。この差分として得られたa_estは、第3の傾き量に相当する。   The known inclination removing means 215 subtracts the known inclination a_0 added by the known inclination adding means 213 from the inclination a_est2 obtained by the previous spectral image inclination estimation main means 211b, and obtains the obtained a_est as the spectral image inclination output means. To 216. The a_est obtained as the difference corresponds to the third inclination amount.

スペクトル画像傾き出力手段216は、ゼロ傾き切換手段212から得られた第1の傾き量であるa_est、または、既知傾き除去手段215から得られた第3の傾き量であるa_estを出力する。そして、スペクトル画像傾き推定手段205の出力である傾きa_estをスペクトル画像傾き記憶部293に蓄積する。   The spectral image tilt output unit 216 outputs a_est which is the first tilt amount obtained from the zero tilt switching unit 212 or a_est which is the third tilt amount obtained from the known tilt removing unit 215. Then, the inclination a_est that is the output of the spectral image inclination estimation means 205 is accumulated in the spectral image inclination storage unit 293.

図2の2D−FT補償量推定器200は、ヒストリ切出し手段203でヒストリを切出してからスペクトル画像傾き記憶部293に傾きを蓄積するまでの処理を、切出し位置の中心を与えるx_cを変えながら繰り返す。ここでは、x_cをヒットの中心の意味でh_cと表し、蓄積された傾きをh_cに対する傾きとしてa_est(h_c)と表す。   The 2D-FT compensation amount estimator 200 in FIG. 2 repeats the process from the history extraction by the history extraction unit 203 to the accumulation of the inclination in the spectrum image inclination storage unit 293 while changing x_c that gives the center of the extraction position. . Here, x_c is expressed as h_c in the sense of the center of the hit, and the accumulated gradient is represented as a_est (h_c) as a gradient with respect to h_c.

入力されたヒストリがドップラヒストリの場合、a_est(h_c)は、1ヒットあたりのドップラ周波数セルの変化率である。そこで、ドップラ変化率算出手段206は、まず、a_est(h_c)を1[s]当りのドップラ周波数[Hz]の変化率α_est[Hz/s]に次式(22)で換算する。   When the input history is Doppler history, a_est (h_c) is a change rate of the Doppler frequency cell per hit. Therefore, the Doppler change rate calculation means 206 first converts a_est (h_c) into the change rate α_est [Hz / s] of the Doppler frequency [Hz] per 1 [s] by the following equation (22).

Figure 2006343290
Figure 2006343290

ここで、PRIは、パルス繰り返し周期である。次に、各中心ヒットh_cにおける時刻t(h_c)を次式(23)で与える。   Here, PRI is a pulse repetition period. Next, the time t (h_c) at each center hit h_c is given by the following equation (23).

Figure 2006343290
Figure 2006343290

ここで、図14は、本発明の実施の形態1におけるドップラの変化率を推定する処理の説明図である。図14に示すように、各時間t(h_c)、α_est(h_c)の組にP次の最小二乗法を適用して、ドップラ周波数の変化率α_fit(t)を次式(24)のように時刻tに対するP次の多項式で表す。   Here, FIG. 14 is an explanatory diagram of a process for estimating the Doppler change rate in the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 14, the P-th order least squares method is applied to each time t (h_c) and α_est (h_c), and the Doppler frequency change rate α_fit (t) is expressed by the following equation (24). This is expressed by a P-th order polynomial with respect to time t.

Figure 2006343290
Figure 2006343290

レンジ変化算出手段207は、まず、各時刻tにおけるドップラ周波数変化f_fit(t)を次式(25)で得る。   The range change calculation means 207 first obtains the Doppler frequency change f_fit (t) at each time t by the following equation (25).

Figure 2006343290
Figure 2006343290

次に、各時刻tにおけるこのドップラ周波数変化f_fit(t)と、これに対応する距離変化r_fit(t)の関係が式(26)で与えられることを踏まえ、r_fit(t)を式(27)のように得る。   Next, based on the fact that the relationship between the Doppler frequency change f_fit (t) at each time t and the corresponding distance change r_fit (t) is given by Expression (26), r_fit (t) is expressed by Expression (27). Get like.

Figure 2006343290
Figure 2006343290

r_fit(t)に対応する位相φ_2DFT(t)は、次式(28)のように与えられる。   The phase φ_2DFT (t) corresponding to r_fit (t) is given by the following equation (28).

Figure 2006343290
Figure 2006343290

また、レンジのサンプリング周期Δ_rを基準としたレンジ変化である規格化レンジ変化m_fit(t)は、次式(29)で与えられる。   Also, a normalized range change m_fit (t), which is a range change based on the range sampling period Δ_r, is given by the following equation (29).

Figure 2006343290
Figure 2006343290

補償量算出手段208は、上記φ_fit(t)とm_fit(t)に基づいて各ヒット時刻t(h_c)における位相φ_2DFT(h_c)と規格化レンジ変化m_2DFT(h_c)を算出した上でこれを出力する。   The compensation amount calculation means 208 calculates the phase φ_2DFT (h_c) and the normalized range change m_2DFT (h_c) at each hit time t (h_c) based on the above φ_fit (t) and m_fit (t) and outputs this. To do.

2D−FT補償量推定器200の後段の運動補償器21は、補償量算出手段208より出力されたφ_2DFT(h_c)とm_2DFT(h_c)を式(4)のφ_raw(h)とm_raw(h)に代入し、さらに、S_0(m、h)に、粗補償回路10より得られるレンジヒストリs_1(m、h)を代入して粗補償後のレンジヒストリに残存する不要な運動を補償する。   The motion compensator 21 at the subsequent stage of the 2D-FT compensation amount estimator 200 calculates φ_2DFT (h_c) and m_2DFT (h_c) output from the compensation amount calculation unit 208 as φ_raw (h) and m_raw (h) in Expression (4). Further, the range history s_1 (m, h) obtained from the coarse compensation circuit 10 is substituted for S_0 (m, h) to compensate for unnecessary motion remaining in the range history after the coarse compensation.

2D−FT補償回路20による補償結果をs_2(m、h)と表す。s_2(m、h)においては、以上のように2D−FTに基づく補償を行ったので、不要なレンジとドップラ周波数の変化が低減されている。   The compensation result by the 2D-FT compensation circuit 20 is represented as s_2 (m, h). In s_2 (m, h), since compensation based on 2D-FT is performed as described above, unnecessary range and Doppler frequency changes are reduced.

よって、s_2(m、h)に後述のクロスレンジ圧縮を適用するのみでも、ISAR画像が結像する可能性があるが、ここでは、s_2(m、h)に不要な運動成分が残存していることを考慮し、精細補償回路30を用いて、残存する不要な運動成分をさらに補償する。   Therefore, there is a possibility that an ISAR image is formed only by applying the below-described cross-range compression to s_2 (m, h), but here, an unnecessary motion component remains in s_2 (m, h). Therefore, the fine compensation circuit 30 is used to further compensate for the remaining unnecessary motion components.

精細補償回路30内では、2D−FT補償回路20の出力であるレンジヒストリs_2(m、h)から、補償量を推定する際のデータ列d_2(h)を、式(8)のs_1(m、h)にs_2(m、h)を代入することで得る。   In the fine compensation circuit 30, the data string d_2 (h) used when estimating the compensation amount from the range history s_2 (m, h) that is the output of the 2D-FT compensation circuit 20 is expressed as s_1 (m H) and substituting s_2 (m, h).

ただし、前段の2D−FT補償回路20の処理で補償誤差が低減されたのを踏まえ、切出し範囲を設定するm_sttとm_endの間隔を、2D−FT補償量推定器200における間隔より狭く設定する。   However, based on the fact that the compensation error has been reduced by the processing of the 2D-FT compensation circuit 20 in the previous stage, the interval between m_stt and m_end for setting the extraction range is set narrower than the interval in the 2D-FT compensation amount estimator 200.

この間隔を狭くすることにより、異なるレンジに存在する反射点と干渉して補償量の補償精度が劣化する問題を低減できる。さらに、精細補償量推定器300は、d_2(h)に、次式(30)のFFT処理を適用する。   By narrowing this interval, it is possible to reduce the problem that the compensation accuracy of the compensation amount deteriorates due to interference with reflection points existing in different ranges. Further, the fine compensation amount estimator 300 applies the FFT processing of the following equation (30) to d_2 (h).

Figure 2006343290
Figure 2006343290

次に、FFT後の信号D_2(k)の絶対値を最大とするk=k_maxを、次式(31)のように探索する。   Next, k = k_max that maximizes the absolute value of the signal D_2 (k) after the FFT is searched as in the following equation (31).

Figure 2006343290
Figure 2006343290

次に、次式(32)に従って、D_2(k)を、−k_maxだけサーキュラシフトする。   Next, according to the following equation (32), D_2 (k) is circularly shifted by −k_max.

Figure 2006343290
Figure 2006343290

ここで、shift(A(x)、xshift)は、配列A(x)をxshiftだけサーキュラシフトさせるオペレータである。この処理により、D_2(k)、すなわち、d_2(h)に含まれる信号のうち、電力最大の信号成分がDC成分となる。   Here, shift (A (x), xshift) is an operator that circularly shifts the array A (x) by xshift. By this process, the signal component having the maximum power among the signals included in D_2 (k), that is, d_2 (h), becomes the DC component.

次に、D_3(k)に対して、次式(33)のように、DC成分付近の成分のみを抽出し、他の周波数成分を抑圧するためのフィルタ処理を行う。   Next, with respect to D_3 (k), as shown in the following equation (33), only a component near the DC component is extracted, and a filter process for suppressing other frequency components is performed.

Figure 2006343290
Figure 2006343290

ここで、Win(k)は、DC付近の信号成分のみを抽出し、他の周波数成分を抑圧するための適当な重み係数である。例えば、この重みを通過帯域幅2W_k+1ドップラセルの矩形フィルタとして構成する場合には、Win(k)は、次式(34)で与えられる。   Here, Win (k) is an appropriate weighting factor for extracting only signal components near DC and suppressing other frequency components. For example, when this weight is configured as a rectangular filter having a pass bandwidth 2W_k + 1 Doppler cell, Win (k) is given by the following equation (34).

Figure 2006343290
Figure 2006343290

以上の処理により、DC成分付近の信号のみを抽出できる。すなわち、次に実施する補償量の推定において、抽出信号d_2(h)に含まれる、ドップラ周波数が異なる複数の反射点の信号間の干渉の影響を低減できる。   With the above processing, only signals near the DC component can be extracted. That is, in the estimation of the compensation amount to be performed next, it is possible to reduce the influence of interference between signals at a plurality of reflection points with different Doppler frequencies included in the extracted signal d_2 (h).

なお、干渉の影響を低減させるためには、上記フィルタの通過帯域幅を狭める必要があるが、注目する反射点の信号について、不要な運動に基づいて発生するドップラの広がり成分を通過させるためには、フィルタの帯域幅を広げる必要がある。   In order to reduce the influence of interference, it is necessary to narrow the passband width of the filter. However, in order to pass the Doppler spread component generated based on unnecessary motion, the signal at the reflection point of interest is passed. Needs to increase the bandwidth of the filter.

ここで、不要な運動に基づいて発生するドップラの広がりは、一般に、不要な運動成分が大きくなるに従って広くなることから、不要な運動成分の影響が小さいほど、フィルタの通過帯域幅を絞って干渉の影響を低減しやすくなる。   Here, the spread of the Doppler generated based on unnecessary motion generally increases as the unnecessary motion component increases, so the smaller the influence of the unnecessary motion component, the narrower the passband width of the filter and the interference. It becomes easy to reduce the influence of.

s_2(m、h)については、前段の2D−FT補償回路20で不要な運動成分が大幅に低減されていると期待されることから、通過帯域幅を狭くして、より干渉の影響を低減できると期待される。   As for s_2 (m, h), it is expected that unnecessary motion components are greatly reduced by the 2D-FT compensation circuit 20 in the previous stage. Therefore, the influence of interference is further reduced by narrowing the passband width. It is expected to be possible.

次に、精細補償量推定器300は、D_4(k)を次式(35)で逆FFTしてd_4(h)を得る。   Next, the fine compensation amount estimator 300 obtains d_4 (h) by performing inverse FFT on D_4 (k) using the following equation (35).

Figure 2006343290
Figure 2006343290

そして、d_4(h)の位相に対して、従来方法と同様に2πごとの位相の折り返しの除去(アンラップ)処理、および、アンラップ後の位相に対する適当な次数の最小二乗法を適用して、不要な運動成分に基づく位相変化を得る。   Then, for the phase of d_4 (h), applying the removal of phase wrapping every 2π (unwrapping) and the least square method of an appropriate order for the phase after unwrapping are unnecessary as in the conventional method. A phase change based on a simple motion component is obtained.

さらに、この位相変化を式(28)の関係に基づいて距離変化に換算する。さらに、得られた距離変化を規格化レンジ変化に換算した上で、この値と前記の最小二乗法適用後の位相変化を出力する。   Further, this phase change is converted into a distance change based on the relationship of Expression (28). Furthermore, after converting the obtained distance change into a normalized range change, this value and the phase change after applying the least square method are output.

精細補償量推定器300の後段の運動補償器31は、得られた規格化レンジ変化と位相変化に基づいてs_2(m、h)の運動補償を行い運動補償後のレンジヒストリs_3(m、h)を得る。   The motion compensator 31 subsequent to the fine compensation amount estimator 300 performs motion compensation of s_2 (m, h) based on the obtained normalized range change and phase change, and the range history s_3 (m, h after motion compensation). )

クロスレンジ圧縮器40は、得られたレンジヒストリs_3(m、h)に対して、次式(36)のヒット方向のフーリエ変換を適用し、最終的にISAR画像img(m、k)を得る。   The cross range compressor 40 applies a Fourier transform in the hit direction of the following equation (36) to the obtained range history s_3 (m, h), and finally obtains an ISAR image img (m, k). .

Figure 2006343290
Figure 2006343290

以上のように、本実施の形態1によれば、ドップラヒストリを区分領域に分割して、各区分領域ごとに、2次元フーリエ変換を適用して各反射点のドップラ変化率を推定している。区分領域の幅を狭く設定することで、ドップラヒストリ上の各反射点の軌跡を直線とみなすことができる。さらに、各反射点は同じ目標上に存在することから、ドップラの変化率もほぼ等しくなると期待される。   As described above, according to the first embodiment, the Doppler history is divided into divided regions, and the Doppler change rate of each reflection point is estimated by applying the two-dimensional Fourier transform for each divided region. . By setting the width of the divided area to be narrow, the locus of each reflection point on the Doppler history can be regarded as a straight line. Furthermore, since each reflection point exists on the same target, the rate of change of Doppler is expected to be substantially equal.

さらに、一般に2次元フーリエ変換によって、画像上の同じ傾きの直線は、原点を通る互いに同じ傾きの直線に変換されることから、例えドップラヒストリ上に複数の反射点の信号が存在する場合においても、上記ドップラヒストリの区分領域のスペクトルにおける原点を通る直線の探索を行うことで、信号間の干渉の影響を低減して補償量を推定することができる。   Furthermore, since straight lines with the same inclination on the image are generally converted into straight lines with the same inclination passing through the origin by two-dimensional Fourier transform, even when there are signals of a plurality of reflection points on the Doppler history, for example. By performing a search for a straight line passing through the origin in the spectrum of the Doppler history section area, it is possible to reduce the influence of interference between signals and estimate the compensation amount.

さらに、2D−FT補償回路20において、2次元フーリエ変換に基づく運動補償を行うことで、精細補償回路でレンジとドップラの幅を絞りながら補償量の推定を行えるので、干渉の影響を低減して補償量を高精度に推定できる。   Furthermore, by performing motion compensation based on the two-dimensional Fourier transform in the 2D-FT compensation circuit 20, the fine compensation circuit can estimate the compensation amount while narrowing the range and the Doppler width, thereby reducing the influence of interference. The compensation amount can be estimated with high accuracy.

さらに、2D−FT補償回路20においては、各区分的なドップラヒストリ上の各反射点のドップラ周波数の変化率に高次の最小二乗法を適用して、ドップラ周波数の変化を推定するため、干渉の影響を低減しながら、補償量を高次成分まで推定できる。   Further, in the 2D-FT compensation circuit 20, since a high-order least-squares method is applied to the rate of change of the Doppler frequency at each reflection point on each piecewise Doppler history to estimate the change in Doppler frequency, interference occurs. The amount of compensation can be estimated up to higher-order components while reducing the effect of.

さらに、ドップラヒストリ生成の際にゼロ詰め補間を行ってドップラセルの幅を小さくしているので、補償量を高精度に推定できる利点がある。   Furthermore, since the width of the Doppler cell is reduced by performing zero padding interpolation when generating the Doppler history, there is an advantage that the compensation amount can be estimated with high accuracy.

さらに、ドップラヒストリ生成のためのデータ列を隣接する複数のレンジの信号を総和して抽出するので、注目する反射点がレンジを移動しても、その反射点の信号を用いることができるようになり、補償量を高精度に推定できる利点がある。   Furthermore, since the data string for generating the Doppler history is extracted by summing up the signals of a plurality of adjacent ranges, the signal at the reflection point can be used even if the target reflection point moves in the range. Thus, there is an advantage that the compensation amount can be estimated with high accuracy.

さらに、各区分的なドップラヒストリ上の各反射点のドップラ周波数の変化率を、2次元フーリエ変換を用いて得られるスペクトル画像上での原点を通る直線の検出問題に簡単化して、これを、原点を通り傾きの異なる複数種類の積分経路に沿ったスペクトル画像の積分と、その積分結果のピーク検出により行うため、複数の反射点の干渉の影響を低減して、高精度に補償量を推定できる利点がある。   Furthermore, the rate of change of the Doppler frequency at each reflection point on each piecewise Doppler history is simplified to the problem of detecting a straight line passing through the origin on the spectral image obtained using the two-dimensional Fourier transform, Integration of spectral images along multiple integration paths with different inclinations through the origin and peak detection of the integration results reduce the influence of interference from multiple reflection points and estimate the compensation amount with high accuracy There are advantages you can do.

さらに、積分経路に沿った積分を行う際に、高周波成分を持ち上げたり、持ち上げすぎを抑制するような重みを加えるため、変化率の推定精度が向上する利点がある。さらに、積分経路に沿った積分を行う際に、積分経路付近のセルの振幅の線形補間に基づいて積分を行うため、変化率の推定精度が向上する利点がある。   Furthermore, when performing integration along the integration path, a high frequency component is lifted or weights that suppress excessive lifting are added, so that there is an advantage that the estimation accuracy of the change rate is improved. Furthermore, when integrating along the integration path, the integration is performed based on linear interpolation of the amplitude of the cells in the vicinity of the integration path, so that there is an advantage that the estimation accuracy of the change rate is improved.

さらに、区分的なドップラヒストリに変化率を推定した後に、変化率がゼロであるかどうかを判定し、変化率がゼロでないと判定された場合には、そのまま出力し、仮に変化率がゼロと判定された場合には、区分的なドップラヒストリに既知のドップラの変化率が加わるような補償をした上で、再度スペクトル画像を生成して変化率を推定し、先程加えた既知の変化率を差し引いた結果を最終的な変化率の推定結果として出力するので、変化率がゼロ近傍で、値が引きずられてゼロと誤りやすい場合にも、変化率を正しく推定できる。   Furthermore, after estimating the rate of change in the piecewise Doppler history, it is determined whether or not the rate of change is zero. If it is determined that the rate of change is not zero, it is output as it is, and the rate of change is assumed to be zero. If it is determined, after compensating so that a known Doppler rate of change is added to the piecewise Doppler history, a spectral image is generated again to estimate the rate of change. Since the subtraction result is output as the final change rate estimation result, the change rate can be correctly estimated even when the change rate is close to zero and the value is easily dragged to zero.

実施の形態2.
本実施の形態2では、2D−FT補償量推定器200の別の構成例について説明する。図15は、本発明の実施の形態2における2D−FT補償量推定器200の内部構成図である。実施の形態1における図2の2D−FT補償量推定器200と比較すると、図15の2D−FT補償量推定器200は、時系列データ補償手段231、STFT点数変更手段232、および修正補償量記憶部295をさらに備えている点を特徴としている。
Embodiment 2. FIG.
In the second embodiment, another configuration example of the 2D-FT compensation amount estimator 200 will be described. FIG. 15 is an internal configuration diagram of the 2D-FT compensation amount estimator 200 according to Embodiment 2 of the present invention. Compared to the 2D-FT compensation amount estimator 200 of FIG. 2 in the first embodiment, the 2D-FT compensation amount estimator 200 of FIG. 15 includes a time-series data compensation unit 231, an STFT point number change unit 232, and a corrected compensation amount. It is characterized in that a storage unit 295 is further provided.

以下、図1と図15を用いて、本実施の形態2の具体的な処理について説明する。送信機1で高周波パルスを発生して、粗補償回路10で粗い補償を行うまでの処理、および、2D−FT補償量推定器200で得られた補償量に基づいて運動補償を行った後に、クロスレンジ圧縮器40でクロスレンジ圧縮を行うまでの処理については、実施の形態1と同様である。   Hereinafter, specific processing according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 15. After performing high-frequency pulses in the transmitter 1 and processing until coarse compensation is performed in the coarse compensation circuit 10 and motion compensation based on the compensation amount obtained by the 2D-FT compensation amount estimator 200, The processing until the cross range compression is performed by the cross range compressor 40 is the same as that of the first embodiment.

図15の2D−FT補償量推定器200は、時系列データ抽出手段201で抽出された時系列データd(h)に対して推定された補償量を用いて、補償する処理を繰り返して逐次的に補償量を得ることを行う。そこで、補償量算出手段208は、算出した補償量を逐次、修正補償量記憶部295に記憶させる。   The 2D-FT compensation amount estimator 200 in FIG. 15 uses the compensation amount estimated with respect to the time series data d (h) extracted by the time series data extraction unit 201 to repeat the compensation process and sequentially. The compensation amount is obtained. Therefore, the compensation amount calculation unit 208 stores the calculated compensation amount in the correction compensation amount storage unit 295 sequentially.

時系列データ補償手段231は、時系列データ抽出手段201で得られた時系列データd(h)に対して、修正補償量記憶部295に蓄積された位相変化φ_comp(h)を用いて、次式(37)の補償を行う。   The time series data compensation unit 231 uses the phase change φ_comp (h) accumulated in the correction compensation amount storage unit 295 for the time series data d (h) obtained by the time series data extraction unit 201 to Compensation of equation (37) is performed.

Figure 2006343290
Figure 2006343290

ただし、初期状態では、φ_comp(h)=0(h=0、1、2、…、H−1)とする。また、修正補償量記憶部295には、規格化レンジ変化の初期値もn_comp(h)=0(h=0、1、…、H−1)として蓄積されている。   However, in the initial state, φ_comp (h) = 0 (h = 0, 1, 2,..., H−1). The correction compensation amount storage unit 295 also stores the initial value of the normalized range change as n_comp (h) = 0 (h = 0, 1,..., H−1).

次に、ドップラヒストリ生成手段202は、STFT点数記憶部291に蓄積されたSTFT点数D_cutに基づいて、実施の形態1と同様にして、ドップラヒストリを生成する。ただし、STFT点数記憶部291に蓄積されたSTFTのための点数D_cutの値は、STFT点数変更手段232によって変更される。このSTFT点数変更手段232の動作については後述する。   Next, the Doppler history generation unit 202 generates a Doppler history based on the STFT score D_cut accumulated in the STFT score storage unit 291 as in the first embodiment. However, the value of the score D_cut for the STFT accumulated in the STFT score storage unit 291 is changed by the STFT score changing means 232. The operation of this STFT point number changing means 232 will be described later.

ヒストリ切出し手段203以降、補償量算出手段208までの処理は、実施の形態1と同一であり、説明を省略する。   The processing from the history extraction unit 203 to the compensation amount calculation unit 208 is the same as that in the first embodiment, and the description thereof is omitted.

補償量算出手段208で算出された位相変化と規格化レンジ変化をそれぞれ、φ_comp0(h)とn_comp0(h)とすると、補償量算出手段208は、修正補償量記憶部295にすでに蓄積されているφ_comp(h)とn_comp(h)に、前述のφ_comp0(h)とn_comp0(h)を次式(38)、(39)のように加算した結果を、新たな更新データであるφ_comp(h)とn_comp(h)として修正補償量記憶部295に記憶させる。   Assuming that the phase change and the normalized range change calculated by the compensation amount calculation unit 208 are φ_comp0 (h) and n_comp0 (h), the compensation amount calculation unit 208 is already stored in the corrected compensation amount storage unit 295. The result of adding the above-described φ_comp0 (h) and n_comp0 (h) to φ_comp (h) and n_comp (h) as in the following equations (38) and (39) is the new update data φ_comp (h) And n_comp (h) are stored in the correction compensation amount storage unit 295.

Figure 2006343290
Figure 2006343290

こうして得られた新たな補償量で、時系列データ抽出手段201の出力である時系列データd(h)の補償を行い、これ以降、補償量算出手段208までの一連の処理をある所定の回数、もしくは、蓄積される補償量の変化が十分小さくなるまで繰り返す。そして、補償量算出手段208は、最終的に更新されたφ_comp(h)とn_comp(h)を出力する。   The time series data d (h) that is the output of the time series data extraction unit 201 is compensated with the new compensation amount obtained in this way, and thereafter, a series of processing up to the compensation amount calculation unit 208 is performed a predetermined number of times. Or, it is repeated until the change in accumulated compensation amount becomes sufficiently small. Then, the compensation amount calculation means 208 outputs φ_comp (h) and n_comp (h) that are finally updated.

次に、STFT点数変更手段232の動作について説明する。STFTを行う際、切出し点数D_cutが大きいほど、ドップラヒストリの分解能は高くなる。しかし、D_cutが大きいほどドップラヒストリ生成時の時間分解能が劣化するため、反射点のドップラ周波数が大きく変動する場合には、ドップラヒストリ上の各反射点のドップラ周波数幅が広がる。これを言い換えると、ドップラヒストリ上の各反射点の軌跡が太くなってしまう。   Next, the operation of the STFT point number changing means 232 will be described. When performing STFT, the larger the number of cut points D_cut, the higher the resolution of the Doppler history. However, since the time resolution at the time of Doppler history generation deteriorates as D_cut increases, the Doppler frequency width of each reflection point on the Doppler history widens when the Doppler frequency at the reflection point varies greatly. In other words, the locus of each reflection point on the Doppler history becomes thick.

ドップラヒストリ上の各反射点の軌跡が太くなった場合には、ドップラ変化率の推定精度も劣化することを踏まえ、STFT点数変更手段232は、最初は、D_cutを小さな値に設定する。   When the trajectory of each reflection point on the Doppler history becomes thick, the STFT point number changing unit 232 initially sets D_cut to a small value in consideration that the estimation accuracy of the Doppler change rate also deteriorates.

そして、STFT点数変更手段232は、ドップラ分解能の向上を図るために、修正補償量記憶部295に蓄積されたφ_comp(h)とn_comp(h)でd(h)の補償を行うごとにD_cutを大きくしていく。補償を行っていることによりドップラ周波数の変化幅も狭くなることから、D_cutを大きくしてもドップラヒストリ上の軌跡の幅は、広くならないと期待される。   Then, the STFT score changing means 232 performs D_cut every time d (h) is compensated with φ_comp (h) and n_comp (h) stored in the correction compensation amount storage unit 295 in order to improve the Doppler resolution. Make it bigger. Since the change width of the Doppler frequency is narrowed by performing the compensation, it is expected that the width of the locus on the Doppler history does not become wide even if D_cut is increased.

実施の形態2によれば、ドップラの変化幅が大きい目標についても、STFT点数を徐々に大きくして補償量の算出を繰り返すことにより、高いドップラ分解能で安定して運動の補償を行うことができる。   According to the second embodiment, even for a target with a large Doppler change width, the compensation of motion can be stably performed with high Doppler resolution by gradually increasing the number of STFT points and repeating the calculation of the compensation amount. .

実施の形態3.
本実施の形態3では、実施の形態2で説明した補償量の繰り返し算出を実現するための2D−FT補償量推定器200の別の構成例について説明する。図16は、本発明の実施の形態3における2D−FT補償量推定器200の内部構成図である。
Embodiment 3 FIG.
In the third embodiment, another configuration example of the 2D-FT compensation amount estimator 200 for realizing the repeated calculation of the compensation amount described in the second embodiment will be described. FIG. 16 is an internal configuration diagram of the 2D-FT compensation amount estimator 200 according to Embodiment 3 of the present invention.

実施の形態2における図15の2D−FT補償量推定器200と比較すると、図16の2D−FT補償量推定器200は、STFT点数変更手段232の代わりにドップラヒストリ切出し点数変更手段241を備えている点が異なる。実施の形態2では、繰り返し算出される補償量に伴って、STFT点数を徐々に大きくしていったが、本実施の形態3では、繰り返し算出される補償量に伴って、ヒストリ切出し点数を変更していくことを特徴としている。   Compared to the 2D-FT compensation amount estimator 200 of FIG. 15 in the second embodiment, the 2D-FT compensation amount estimator 200 of FIG. 16 includes a Doppler history cut-out point changing unit 241 instead of the STFT point changing unit 232. Is different. In the second embodiment, the STFT score is gradually increased with the compensation amount repeatedly calculated. In the third embodiment, the history cut-out score is changed with the repeatedly calculated compensation amount. It is characterized by doing.

以下、図1と図16を用いて、本実施の形態3の具体的な処理について説明する。実施の形態2と同様に、初期状態では、修正補償量記憶部295には、位相変化φ_comp(h)=0(h=0、1、2、…、H−1)、規格化レンジ変化n_comp(h)=0(h=0、1、…、H−1)が蓄積されている。   Hereinafter, specific processing according to the third embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 16. As in the second embodiment, in the initial state, the correction compensation amount storage unit 295 stores the phase change φ_comp (h) = 0 (h = 0, 1, 2,..., H−1) and the normalized range change n_comp. (H) = 0 (h = 0, 1,..., H−1) is accumulated.

各ループで、修正補償量記憶部295に蓄積された補償量を用いて、時系列データの補償を行い、補償後のデータにドップラヒストリ生成手段202、ヒストリ切出し手段203、2D−FT手段204、スペクトル画像傾き推定手段205、ドップラ変化率算出手段206、レンジ変化算出手段207を適用し、規格化レンジと位相の補償量を推定する。   In each loop, compensation of time series data is performed using the compensation amount stored in the correction compensation amount storage unit 295, and Doppler history generation means 202, history extraction means 203, 2D-FT means 204, Spectral image inclination estimation means 205, Doppler change rate calculation means 206, and range change calculation means 207 are applied to estimate the normalized range and phase compensation amount.

そして、推定された補償量を修正補償量記憶部295に蓄積された各補償量に加算し、ある一定のループ数に達するか、または、各補償量のループ間の変化がある一定値以下になった場合にループを打ち切る。そして、補償量算出手段208は、最終的に更新された各補償量を出力することとなり、これら一連の処理は、実施の形態2とほぼ同一である。   Then, the estimated compensation amount is added to each compensation amount accumulated in the corrected compensation amount storage unit 295, and a certain number of loops is reached, or a change between each compensation amount loop is less than a certain value. When it becomes, the loop is terminated. Then, the compensation amount calculation means 208 outputs the finally updated compensation amounts, and a series of these processes is almost the same as in the second embodiment.

ただし、各ループにおいて、実施の形態2では、STFT点数記憶部291に蓄積されたD_cutを変化させたが、上述したように、本実施の形態3では、ヒストリ切出し点数記憶部292に蓄積されたヒストリの切出し点数D2_cutを変化させる。   However, in each loop, the D_cut accumulated in the STFT score storage unit 291 was changed in the second embodiment. However, as described above, in the third embodiment, the D_cut accumulated in the history cutout score storage unit 292 is changed. The cutout point D2_cut of the history is changed.

D2_cutが大きくなるにつれ、変化率の推定分解能は向上するが、時間分解能が劣化し、変化率が大きく変化する場合には、切出したヒストリ上のドップラ変化率の値が変化してしまうため、推定精度は劣化する。   As D2_cut increases, the estimated resolution of the rate of change improves, but when the time resolution deteriorates and the rate of change changes significantly, the value of the Doppler rate of change in the extracted history changes. The accuracy is degraded.

これらの性質を踏まえつつ、ヒストリの切出し幅を調整することで(例えば、「ドップラ変化率」の変化が小さくなるに従いドップラヒストリの切出し幅D2_cutを大きくしてドップラ変化率の推定分解能を向上させる等)、ドップラ変化率の推定精度を向上させることができる。よって、最終的に補償量の推定精度も向上すると推定される。   By taking account of these properties, adjusting the cutout width of the history (for example, increasing the Doppler history cutout width D2_cut as the change in the “Doppler change rate” becomes smaller, improving the estimated resolution of the Doppler change rate, etc. ), The estimation accuracy of the Doppler change rate can be improved. Therefore, it is estimated that the estimation accuracy of the compensation amount is finally improved.

上述の説明では、STFT点数記憶部291に蓄積されたD_cutを一定にさせる形で処理を説明したが、実施の形態2の処理のように、各ループごとにSTFT点数記憶部291に蓄積されたD_cutとヒストリ切出し点数記憶部292に蓄積されたD2_cutの両者を同時に変更させても構わない。   In the above description, the process has been described in which D_cut accumulated in the STFT score storage unit 291 is made constant. However, as in the process of the second embodiment, the process is accumulated in the STFT score storage unit 291 for each loop. Both D_cut and D2_cut stored in the history cut-out point storage unit 292 may be changed at the same time.

図17は、本発明の実施の形態3における別の2D−FT補償量推定器200の内部構成図である。図17においては、各ループでドップラヒストリ切出し点数変更手段241およびSTFT点数変更手段232を用いてD_cutとD2_cutを同時に変化させることを特徴としており、図15と図16の構成を兼ね備えたものに相当する。この両者のパラメータを同時に適切に調整することにより、補償量の推定精度は、さらに向上すると期待される。   FIG. 17 is an internal configuration diagram of another 2D-FT compensation amount estimator 200 according to Embodiment 3 of the present invention. FIG. 17 is characterized in that D_cut and D2_cut are simultaneously changed by using the Doppler history cutting point changing means 241 and the STFT score changing means 232 in each loop, which corresponds to the combination of the configurations of FIGS. 15 and 16. To do. It is expected that the accuracy of compensation amount estimation will be further improved by appropriately adjusting both parameters at the same time.

実施の形態3によれば、ヒストリの切出し幅を調整して補償量の算出を繰り返すことにより、ドップラ変化率の推定精度を向上させることができ、最終的に補償量の推定精度も向上させることができる。さらに、実施の形態2で説明したようにSTFT点数も同時に適切に調整して補償量の算出を繰り返すことにより、補償量の推定精度をさらに向上させることができ、ドップラの変化幅が大きい目標についても、高いドップラ分解能で安定して運動の補償を行うことができる。   According to the third embodiment, it is possible to improve the estimation accuracy of the Doppler change rate by adjusting the cutout width of the history and repeating the calculation of the compensation amount, and finally improve the estimation accuracy of the compensation amount. Can do. Further, as described in the second embodiment, the STFT point number is also appropriately adjusted and calculation of the compensation amount is repeated at the same time, whereby the compensation amount estimation accuracy can be further improved, and the target having a large Doppler variation range is obtained. However, the motion can be compensated stably with high Doppler resolution.

実施の形態4.
本実施の形態4では、さらに、2D−FT補償量推定器200の別の構成例について説明する。図18は、本発明の実施の形態4における2D−FT補償量推定器200の内部構成図である。実施の形態1における図2の2D−FT補償量推定器200と比較すると、図18の2D−FT補償量推定器200は、ドップラヒストリ生成手段202およびSTFT点数記憶部291の代わりに、幅安定型ドップラヒストリ生成手段251および基準ドップラヒストリ幅記憶部296を備えている点を特徴としている。
Embodiment 4 FIG.
In the fourth embodiment, another configuration example of the 2D-FT compensation amount estimator 200 will be described. FIG. 18 is an internal configuration diagram of the 2D-FT compensation amount estimator 200 according to Embodiment 4 of the present invention. Compared with the 2D-FT compensation amount estimator 200 of FIG. 2 in the first embodiment, the 2D-FT compensation amount estimator 200 of FIG. 18 is stable in width instead of the Doppler history generation means 202 and the STFT point storage unit 291. It is characterized in that a type Doppler history generation means 251 and a reference Doppler history width storage unit 296 are provided.

以下、図1と図18を用いて、本実施の形態4の具体的な処理について説明する。実施の形態2において説明したように、ドップラヒストリ生成のためのSTFT点数を大きくすると、時間分解能が劣化して、ドップラヒストリ上の軌跡の幅が太くなる。また、逆に、STFT点数を小さくしすぎるとドップラ分解能が劣化して、同じくドップラヒストリ上の軌跡の幅が太くなる。すなわち、STFT点数には、軌跡の幅を最小にするための最適値がある。   Hereinafter, specific processing according to the fourth embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 18. As described in the second embodiment, when the number of STFT points for generating Doppler history is increased, the time resolution is degraded and the width of the locus on the Doppler history is increased. Conversely, if the STFT score is too small, the Doppler resolution deteriorates, and the width of the locus on the Doppler history also increases. That is, the number of STFT points has an optimum value for minimizing the width of the locus.

本実施の形態4では、時系列データd(h)からドップラヒストリを生成する際に、各中心ヒットh_cにおけるドップラプロフィール上の反射点のドップラ周波数幅が、全ての中心ヒットで最小値または最小値にほぼ等しくなるように、STFT点数を制御する。   In the fourth embodiment, when the Doppler history is generated from the time series data d (h), the Doppler frequency width of the reflection point on the Doppler profile at each center hit h_c is the minimum value or the minimum value for all the center hits. The number of STFT points is controlled so as to be approximately equal to.

そのために、幅安定型ドップラヒストリ生成手段251は、基準ドップラヒストリ幅記憶部296に蓄積された基準ドップラ周波数幅W_stを読み出し、各h_cにおいて、反射点のドップラ周波数幅が上記W_stに最も近くなるか、または、ほぼ等しくなるように、STFT切出し点数D_cut(h_c)を調節する。ここで、W_stについては、予測される目標の運動緒元に基づいて適切に設定するか、または、単にゼロとする。   For this purpose, the width stable Doppler history generation unit 251 reads the reference Doppler frequency width W_st stored in the reference Doppler history width storage unit 296, and determines whether the Doppler frequency width of the reflection point is closest to the above W_st in each h_c. Alternatively, the STFT cut-off point D_cut (h_c) is adjusted so as to be substantially equal. Here, W_st is appropriately set based on the predicted motion of the target, or simply set to zero.

実施の形態4によれば、各中心ヒットh_cにおいて、目標のドップラ周波数の変化やドップラ分解能を踏まえた切出し点数D_cut(h_c)が設定され、結果として、補償量の推定精度を向上させることができる。   According to the fourth embodiment, for each center hit h_c, the number of cut points D_cut (h_c) based on the change in the target Doppler frequency and the Doppler resolution is set, and as a result, the estimation accuracy of the compensation amount can be improved. .

実施の形態5.
本実施の形態5では、さらに、2D−FT補償量推定器200の別の構成例について説明する。図19は、本発明の実施の形態5における2D−FT補償量推定器200の内部構成図である。実施の形態1における図2の2D−FT補償量推定器200と比較すると、図19の2D−FT補償量推定器200は、ヒストリ切出し手段203および2D−FT手段204の代わりに、FFTヒストリ算出手段261、FFTヒストリ切出し手段262、および1D−FT手段263を備えている点を特徴としている。
Embodiment 5. FIG.
In the fifth embodiment, another configuration example of the 2D-FT compensation amount estimator 200 will be described. FIG. 19 is an internal configuration diagram of 2D-FT compensation amount estimator 200 in Embodiment 5 of the present invention. Compared with the 2D-FT compensation amount estimator 200 of FIG. 2 in the first embodiment, the 2D-FT compensation amount estimator 200 of FIG. 19 calculates an FFT history instead of the history extraction unit 203 and the 2D-FT unit 204. It is characterized by comprising means 261, FFT history cutout means 262, and 1D-FT means 263.

以下、図1と図19を用いて、本実施の形態5の具体的な処理について説明する。本実施の形態5は、実施の形態1〜4における2D−FT手段204の処理を効率化することを目的としている。ドップラヒストリ生成手段202でドップラヒストリを生成するまでの処理は、実施の形態1〜4と同様である。   Hereinafter, specific processing of the fifth embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 19. The purpose of the fifth embodiment is to improve the efficiency of the processing of the 2D-FT means 204 in the first to fourth embodiments. The processing until the Doppler history generation unit 202 generates the Doppler history is the same as in the first to fourth embodiments.

入力したヒストリを、以下では、一般的にimg00(y、x0)と表す。FFTヒストリ算出手段261は、次式(40)により、入力したヒストリ(ここではドップラヒストリ)の絶対値をレンジまたはドップラ方向にフーリエ変換して、fimg00(f_y、x0)を得る。   Hereinafter, the input history is generally expressed as img00 (y, x0). The FFT history calculation means 261 obtains fimg00 (f_y, x0) by Fourier transforming the absolute value of the input history (here, Doppler history) in the range or Doppler direction according to the following equation (40).

Figure 2006343290
Figure 2006343290

次に、FFTヒストリ切出し手段262は、次式(41)に示すように、中央x値であるx_cを変えながらfimg00(f_y、x0)からx方向の幅がD2_cutの区分ヒストリを切出し、これを、fimg0(f_y、x、x_c)としてヒストリ切出し点数記憶部292に格納する。   Next, as shown in the following equation (41), the FFT history cutout unit 262 cuts out the section history having the width in the x direction D2_cut from the fimg00 (f_y, x0) while changing the central x value x_c. , Fimg0 (f_y, x, x_c) are stored in the history cut-out point storage unit 292.

Figure 2006343290
Figure 2006343290

次に、1D−FT手段263は、各x_cごとに得られた2次元画像をx方向に1次元フーリエ変換してそれぞれスペクトルを得る。ここで、fimg0(f_y、x、x_c)において、x_cを与えた場合に定まるf_yとxに関する2次元配列を改めて一般的にfimg1(f_y、x)と呼ぶことにする。ここで、fimg1(f_y、x)のf_y方向の画素数をN_yとし、x方向の画素数をN_xとする。   Next, the 1D-FT means 263 obtains a spectrum by performing a one-dimensional Fourier transform on the two-dimensional image obtained for each x_c in the x direction. Here, in FIGmg0 (f_y, x, x_c), a two-dimensional array relating to f_y and x determined when x_c is given is generally referred to as fig1 (f_y, x). Here, the number of pixels in the f_y direction of FIGmg1 (f_y, x) is N_y, and the number of pixels in the x direction is N_x.

1D−FT手段263は、fimg1(f_y、x)をx方向に1次元フーリエ変換し、この絶対値をとることで、最終的にfimg(f_y、f_x)を得る。このfimg(f_y、f_x)は、式(12)のfimg(f_y、f_x)と等しい。   The 1D-FT means 263 performs one-dimensional Fourier transform on the fimg1 (f_y, x) in the x direction, and finally obtains fimg (f_y, f_x) by taking this absolute value. This fimg (f_y, f_x) is equal to the fimg (f_y, f_x) in the equation (12).

ただし、式(12)では、切出した区分的なヒストリに対して毎回2次元フーリエ変換を行っているため、同じx0のプロフィールを何回もy方向にフーリエ変換しており、計算の効率が悪かった。   However, in Expression (12), since the two-dimensional Fourier transform is performed every time on the extracted piecewise history, the same x0 profile is Fourier-transformed many times in the y direction, and the calculation efficiency is poor. It was.

これに対して、本実施の形態5で述べた方法は、FFTヒストリ算出手段261を用いて先にy方向に1次元のフーリエ変換を行った後に、これを切出して、1D−FT手段263を用いてx方向のフーリエ変換を行うため、y方向のフーリエ変換が重複する問題が発生しない。   On the other hand, in the method described in the fifth embodiment, the FFT history calculation unit 261 first performs a one-dimensional Fourier transform in the y direction, and then cuts out the 1D-FT unit 263. Since the x-direction Fourier transform is used, there is no problem that the y-direction Fourier transform overlaps.

実施の形態5によれば、FFTヒストリ算出手段、FTTヒストリ切出し手段、および1D−FT手段を組み合わせることにより、2D−FT手段と同様の効果を得るとともに、フーリエ変換の重複を回避することができ、計算負荷の低減を図ることができる。   According to the fifth embodiment, by combining the FFT history calculation means, the FTT history extraction means, and the 1D-FT means, the same effect as that of the 2D-FT means can be obtained, and duplication of Fourier transform can be avoided. The calculation load can be reduced.

実施の形態6.
実施の形態1〜5では、ドップラヒストリの振幅分布に区分的な2次元フーリエ変換処理を適用して補償量を推定した。本実施の形態6では、レンジヒストリの振幅分布に区分的な2次元フーリエ変換処理を適用して補償量を推定する場合について説明する。
Embodiment 6 FIG.
In the first to fifth embodiments, the compensation amount is estimated by applying a piecewise two-dimensional Fourier transform process to the amplitude distribution of the Doppler history. In the sixth embodiment, a case where the compensation amount is estimated by applying a piecewise two-dimensional Fourier transform process to the amplitude distribution of the range history will be described.

図20は、本発明の実施の形態6における粗補償量推定器100の内部構成図である。図20の粗補償量推定器100は、ヒストリ切出し手段103、2D−FT手段104、スペクトル画像傾き推定手段105、レンジヒストリ変化算出手段171、および補償量算出手段108を備えるとともに、記憶部としてヒストリ切出し点数記憶部192およびスペクトル画像傾き記憶部193を備えている。   FIG. 20 is an internal configuration diagram of the rough compensation amount estimator 100 according to Embodiment 6 of the present invention. The coarse compensation amount estimator 100 in FIG. 20 includes history cutout means 103, 2D-FT means 104, spectral image inclination estimation means 105, range history change calculation means 171 and compensation amount calculation means 108, and a history as a storage unit. A cut-out point storage unit 192 and a spectral image inclination storage unit 193 are provided.

レンジヒストリ変化算出手段171以外の構成要素は、基本的には、2D−FT補償量推定器200に備えられていたものと同等の機能を有する。以下、図1、図20を用いて、本実施の形態6の具体的な処理について説明する。   Components other than the range history change calculation unit 171 basically have the same functions as those provided in the 2D-FT compensation amount estimator 200. Hereinafter, specific processing according to the sixth embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 20.

ヒストリ切出し手段103は、ヒストリ切出し点数記憶部192に蓄積された切出し点数Gに基づき、中心ヒットh_cを変えながらレンジヒストリS_0(m、h)から区分レンジヒストリrhc(m、h_rhc、h_c)を次式(42)のように切出す。   The history cut-out means 103 follows the divided range history rhc (m, h_rhc, h_c) from the range history S_0 (m, h) while changing the center hit h_c based on the cut-out point G accumulated in the history cut-out point storage unit 192. Cut out as in equation (42).

Figure 2006343290
Figure 2006343290

ただし、S_0(m、h)については、h<0およびh>H−1で0になるように拡張されているものとする。次に、2D−FT手段104は、各切出したレンジヒストリの絶対値を2次元フーリエ変換する。スペクトル画像傾き推定手段105は、実施の形態1〜5と同様に、入力された2次元画像(この場合はレンジヒストリ)上の軌跡の傾きを推定する。   However, it is assumed that S_0 (m, h) is expanded to be 0 when h <0 and h> H−1. Next, the 2D-FT means 104 performs a two-dimensional Fourier transform on the absolute value of each extracted range history. The spectral image inclination estimation means 105 estimates the inclination of the locus on the input two-dimensional image (in this case, the range history) as in the first to fifth embodiments.

各中心ヒットh_cごとに切出されたレンジヒストリに対して、同様の処理を繰り返し、それぞれで得られた傾きをスペクトル画像傾き記憶部193にa_est(h_c)として蓄える。   The same processing is repeated for the range history cut out for each center hit h_c, and the obtained inclination is stored as a_est (h_c) in the spectrum image inclination storage unit 193.

a_est(h_c)は、1ヒットあたりのレンジセルの変化率である。そこで、レンジヒストリ変化算出手段171は、まず、a_est(h_c)を1[s]当りのレンジ[m]の変化率v_est[m/s]に次式(43)で換算する。   a_est (h_c) is the rate of change of the range cell per hit. Therefore, the range history change calculating means 171 first converts a_est (h_c) into the change rate v_est [m / s] of the range [m] per 1 [s] by the following equation (43).

Figure 2006343290
Figure 2006343290

次に、各中心ヒットh_cにおける時刻t(h_c)とv_est(h_c)の組に、P次の最小二乗法を適用して、レンジの変化率v_fit(t)を、次式(44)のように時刻tの多項式で表す。   Next, the P-order least squares method is applied to the set of times t (h_c) and v_est (h_c) at each center hit h_c, and the range change rate v_fit (t) is expressed by the following equation (44). Is represented by a polynomial at time t.

Figure 2006343290
Figure 2006343290

よって、不要な運動によって発生する目標のレンジの変化r_fit(t)は、次式(45)で与えられる。   Therefore, the target range change r_fit (t) caused by unnecessary movement is given by the following equation (45).

Figure 2006343290
Figure 2006343290

補償量算出手段108は、このレンジ変化に基づいて補償量を推定する。その後、粗補償量推定器100の後段の運動補償器11でレンジヒストリS_0(m、h)の補償を行う処理は、実施の形態1〜5のいずれかと同様である。   The compensation amount calculation means 108 estimates the compensation amount based on this range change. Thereafter, the process of compensating for the range history S_0 (m, h) by the motion compensator 11 subsequent to the coarse compensation amount estimator 100 is the same as in any one of the first to fifth embodiments.

実施の形態6によれば、レンジヒストリの振幅分布に区分的な2次元フーリエ変換処理を適用することにより、粗補償回路10においても補償の精度を向上させることができる。   According to the sixth embodiment, by applying the piecewise two-dimensional Fourier transform process to the amplitude distribution of the range history, it is possible to improve the accuracy of compensation in the rough compensation circuit 10 as well.

なお、上述したように、本発明の画像レーダ装置は、区分領域ごとに分割されたヒストリに対してフーリエ変換を施すことにより、推定誤差を低減した補償量を推定できることを特徴とする。そして、このような補償量の推定を2D−FT補償回路20に適用した場合を実施の形態1〜5で説明し、粗補償回路10に適用した場合を実施の形態6で説明した。   As described above, the image radar apparatus of the present invention is characterized in that a compensation amount with reduced estimation error can be estimated by performing Fourier transform on the history divided for each divided region. The case where the estimation of the compensation amount is applied to the 2D-FT compensation circuit 20 is described in the first to fifth embodiments, and the case where the compensation amount is applied to the coarse compensation circuit 10 is described in the sixth embodiment.

これらに基づいて、図1に示した粗補償回路10、2D−FT補償回路20、精細補償回路30の3つの補償回路により推定誤差の低減を図るばかりでなく、任意の2つの補償回路の組合せによって、あるいは、粗補償回路10または2D−FT補償回路20単体としても、推定誤差の低減を図ることが可能となる。   Based on these, not only is the estimation error reduced by the three compensation circuits of the coarse compensation circuit 10, the 2D-FT compensation circuit 20, and the fine compensation circuit 30 shown in FIG. 1, but a combination of any two compensation circuits. Or the rough compensation circuit 10 or the 2D-FT compensation circuit 20 alone can reduce the estimation error.

本発明の実施の形態1における画像レーダ装置の構成図である。It is a block diagram of the image radar apparatus in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1におけるレーダ装置の2D−FT補償量推定器の内部構成図である。It is an internal block diagram of the 2D-FT compensation amount estimator of the radar apparatus in Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施の形態1におけるスペクトル画像傾き推定手段の内部構成図である。It is an internal block diagram of the spectrum image inclination estimation means in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1におけるスペクトル画像傾き推定メイン手段の内部構成図である。It is an internal block diagram of the spectrum image inclination estimation main means in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1におけるレーダ装置の観測のジオメトリである。It is the geometry of observation of the radar apparatus in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における目標のISAR画像の一例である。It is an example of the target ISAR image in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1におけるレンジヒストリの一例である。It is an example of the range history in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1におけるドップラヒストリの一例である。It is an example of the Doppler history in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1におけるレンジヒストリから信号を切出す処理を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the process which cuts out a signal from the range history in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1におけるドップラヒストリから短時間ドップラヒストリを切出す処理を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the process which cuts out a short time Doppler history from the Doppler history in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における複数の同じ傾きの直線を含む2次元画像の一例である。It is an example of the two-dimensional image containing the several straight line of the same inclination in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1において、図11の2次元画像を2次元フーリエ変換して得られるスペクトル画像の一例である。In Embodiment 1 of this invention, it is an example of the spectrum image obtained by carrying out the two-dimensional Fourier transform of the two-dimensional image of FIG. 本発明の実施の形態1におけるスペクトル画像上での積分処理を説明する図である。It is a figure explaining the integration process on the spectrum image in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1におけるドップラの変化率を推定する処理を説明する図である。It is a figure explaining the process which estimates the change rate of Doppler in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態2における2D−FT補償量推定器の内部構成図である。It is an internal block diagram of the 2D-FT compensation amount estimator in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3における2D−FT補償量推定器の内部構成図である。It is an internal block diagram of the 2D-FT compensation amount estimator in Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態3における別の2D−FT補償量推定器の内部構成図である。It is an internal block diagram of another 2D-FT compensation amount estimator in Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態4における2D−FT補償量推定器の内部構成図である。It is an internal block diagram of the 2D-FT compensation amount estimator in Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施の形態5における2D−FT補償量推定器の内部構成図である。It is an internal block diagram of the 2D-FT compensation amount estimator in Embodiment 5 of this invention. 本発明の実施の形態6における粗補償量推定器の内部構成図である。It is an internal block diagram of the rough compensation amount estimator in Embodiment 6 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 送信機、2 送受切換器、3 送受信アンテナ、4 受信機、5 パルス圧縮器、6 目標、10 粗補償回路、11 運動補償器、20 2D−FT補償回路、21 運動補償器、30 精細補償回路、31 運動補償器、40 クロスレンジ圧縮器、100 粗補償量推定器、103 ヒストリ切出し手段、104 2D−FT手段、105 スペクトル画像傾き推定手段、108 補償量算出手段、171 レンジヒストリ変化算出手段、192 ヒストリ切出し点数記憶部、193 スペクトル画像傾き記憶部、200 2D−FT補償量推定器、201 時系列データ抽出手段、202 ドップラヒストリ生成手段、203 ヒストリ切出し手段、204 2D−FT手段、205 スペクトル画像傾き推定手段、206 ドップラ変化率算出手段、207 レンジ変化算出手段、208 補償量算出手段、211、211a、211b スペクトル画像傾き推定メイン手段、212 ゼロ傾き切換手段、213 既知傾き付加手段、214 2D−FT手段、215 既知傾き除去手段、216 スペクトル画像傾き出力手段、221 Y値設定手段、222 傾き候補設定手段、223 X連続値算出手段、224 X切捨て値設定手段、225 X差分値算出手段、226 加重正規化ベクトル生成手段、227 隣接X値積分手段、228 ピーク傾き検出手段、231 時系列データ補償手段、232 STFT点数変更手段、241 ドップラヒストリ切出し点数変更手段、251 幅安定型ドップラヒストリ生成手段、261 FFTヒストリ算出手段、262 FFTヒストリ切出し手段、263 1D−FT手段、291 STFT点数記憶部、292 ヒストリ切出し点数記憶部、293 スペクトル画像傾き記憶部、294 積分結果記憶部、295 修正補償量記憶部、296 基準ドップラヒストリ幅記憶部、300 精細補償量推定器。     DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Transmitter, 2 Transmission / reception switching device, 3 Transmitting / receiving antenna, 4 Receiver, 5 Pulse compressor, 6 Target, 10 Coarse compensation circuit, 11 Motion compensator, 20 2D-FT compensation circuit, 21 Motion compensator, 30 Fine compensation Circuit, 31 motion compensator, 40 cross-range compressor, 100 coarse compensation amount estimator, 103 history extraction means, 104 2D-FT means, 105 spectral image inclination estimation means, 108 compensation amount calculation means, 171 range history change calculation means 192 History cut-out point storage unit, 193 Spectral image inclination storage unit, 2002 2D-FT compensation amount estimator, 201 Time series data extraction unit, 202 Doppler history generation unit, 203 History cut-out unit, 204 2D-FT unit, 205 spectrum Image tilt estimation means, 206 Doppler change rate calculation hand , 207 Range change calculating means, 208 Compensation amount calculating means, 211, 211a, 211b Spectral image inclination estimation main means, 212 Zero inclination switching means, 213 Known inclination adding means, 214 2D-FT means, 215 Known inclination removing means, 216 Spectral image inclination output means, 221 Y value setting means, 222 inclination candidate setting means, 223 X continuous value calculation means, 224 X truncation value setting means, 225 X difference value calculation means, 226 weighted normalized vector generation means, 227 adjacent X Value integration means, 228 peak slope detection means, 231 time series data compensation means, 232 STFT point change means, 241 Doppler history extraction point change means, 251 width stable Doppler history generation means, 261 FFT history calculation means, 262 FFT history extraction hand H.263 1D-FT means, 291 STFT point storage unit, 292 history cut-out point storage unit, 293 spectral image inclination storage unit, 294 integration result storage unit, 295 correction compensation amount storage unit, 296 reference Doppler history width storage unit, 300 fine Compensation amount estimator.

Claims (17)

移動する目標に対して電波を送信し、前記目標からの反射波を受信して、レンジプロフィールの時間履歴であるレンジヒストリを生成し、前記レンジヒストリのクロスレンジ圧縮により前記目標の画像を得る画像レーダ装置において、
前記レンジヒストリから時系列データを抽出する時系列データ抽出手段と、
抽出された前記時系列データに短時間フーリエ変換を適用してドップラプロフィールの時間履歴であるドップラヒストリを生成するドップラヒストリ生成手段と、
生成された前記ドップラヒストリから区分時間領域のドップラヒストリである短時間ドップラヒストリを切り出すヒストリ切出し手段と、
切り出された前記短時間ドップラヒストリ上の各反射点の軌跡のドップラ周波数の変化率を推定するドップラ変化率推定手段と、
複数の短時間ドップラヒストリに対して推定された前記ドップラ周波数の変化率に基づいて全時間におけるドップラ周波数の変化を推定し、推定結果に基づいて目標とレーダとの間のレンジの変化を推定するレンジ変化算出手段と、
推定された前記レンジの変化に基づいて、前記レンジヒストリのレンジおよびドップラの不要な変化の影響を補償するためのレンジ分解能で規格化したレンジ補償量および位相補償量を算出する補償量算出手段と、
算出された前記レンジ補償量および前記位相補償量に基づいて前記レンジヒストリの不要なレンジおよび位相の変化を補償する運動補償器と
を有する2次元フーリエ変換補償回路を備えることを特徴とする画像レーダ装置。
An image that transmits a radio wave to a moving target, receives a reflected wave from the target, generates a range history that is a time history of the range profile, and obtains an image of the target by cross-range compression of the range history In radar equipment
Time-series data extracting means for extracting time-series data from the range history;
Doppler history generating means for generating a Doppler history that is a time history of a Doppler profile by applying a short-time Fourier transform to the extracted time series data;
A history cutout means for cutting out a short-time Doppler history that is a Doppler history of a segment time region from the generated Doppler history;
Doppler change rate estimation means for estimating the change rate of the Doppler frequency of the locus of each reflection point on the cut out short-time Doppler history;
Based on the Doppler frequency change rate estimated for a plurality of short-time Doppler histories, the Doppler frequency change over time is estimated, and the range change between the target and the radar is estimated based on the estimation result. Range change calculating means;
Compensation amount calculating means for calculating a range compensation amount and a phase compensation amount normalized with a range resolution for compensating for an influence of an unnecessary change in the range and the Doppler in the range history based on the estimated change in the range; ,
An image radar comprising: a two-dimensional Fourier transform compensation circuit comprising: a motion compensator that compensates for an unnecessary range and phase change of the range history based on the calculated range compensation amount and the phase compensation amount. apparatus.
請求項1に記載の画像レーダ装置において、
前記ドップラ変化率推定手段は、
切り出された前記短時間ドップラヒストリの振幅分布に2次元フーリエ変換を適用してスペクトル画像を生成する2次元フーリエ変換手段と、
生成された前記スペクトル画像に基づいて複素画像上の軌跡の傾きを推定するスペクトル画像傾き推定手段と、
推定された前記傾きに基づいてドップラ周波数の変化率を推定するドップラ変化率算出手段と
を備えることを特徴とする画像レーダ装置。
The image radar device according to claim 1,
The Doppler change rate estimating means is:
Two-dimensional Fourier transform means for generating a spectral image by applying a two-dimensional Fourier transform to the amplitude distribution of the cut-out short-time Doppler history;
A spectral image inclination estimation means for estimating an inclination of a locus on the complex image based on the generated spectral image;
An image radar apparatus comprising: a Doppler change rate calculating unit that estimates a change rate of a Doppler frequency based on the estimated inclination.
請求項2に記載の画像レーダ装置において、
前記スペクトル画像傾き推定手段は、
生成された前記スペクトル画像上の原点を通る直線の傾きを第1の傾き量として推定する第1のスペクトル画像傾き推定メイン手段と、
前記第1の傾き量がゼロであるか否かを判定し、前記第1の傾き量がゼロの場合とゼロでない場合で処理を切換えるゼロ傾き切換手段と、
前記ゼロ傾き切換手段で前記第1の傾き量がゼロであると判定された場合に、前記ヒストリ切出し手段で切り出された前記短時間ドップラヒストリに対して、既知の傾き量の補償を行う既知傾き付加手段と、
前記既知の傾き量による補償後の短時間ドップラヒストリの振幅分布に2次元フーリエ変換を適用してスペクトル画像を生成する第2の2次元フーリエ変換手段と、
前記第2の2次元フーリエ変換手段で生成された前記スペクトル画像上の原点を通る直線の傾きを第2の傾き量として推定する第2のスペクトル画像傾き推定メイン手段と、
前記第2のスペクトル画像傾き推定メイン手段で推定された前記第2の傾き量から、前記既知傾き付加手段で付加された前記既知の傾き量を差し引いて第3の傾き量を推定する既知傾き除去手段と、
前記ゼロ傾き切換手段で前記第1の傾き量がゼロでないと判定された場合には、前記第1の傾き量を出力し、前記ゼロ傾き切換手段で前記第1の傾き量がゼロであると判定された場合には、前記第3の傾き量を出力するスペクトル画像傾き出力手段と
を備えることを特徴とする画像レーダ装置。
The image radar device according to claim 2,
The spectral image inclination estimation means includes:
First spectral image inclination estimation main means for estimating the inclination of a straight line passing through the origin on the generated spectral image as a first inclination amount;
Zero inclination switching means for determining whether or not the first inclination amount is zero, and for switching processing between the case where the first inclination amount is zero and the case where the first inclination amount is not zero;
A known slope that compensates for a known slope amount with respect to the short-time Doppler history cut out by the history cutout means when the zero slope switching means determines that the first slope amount is zero. Additional means;
A second two-dimensional Fourier transform means for generating a spectral image by applying a two-dimensional Fourier transform to the amplitude distribution of the short-time Doppler history after compensation by the known tilt amount;
Second spectral image inclination estimation main means for estimating the inclination of a straight line passing through the origin on the spectral image generated by the second two-dimensional Fourier transform means as a second inclination amount;
The known inclination removal for estimating the third inclination amount by subtracting the known inclination amount added by the known inclination adding means from the second inclination amount estimated by the second spectral image inclination estimation main means. Means,
If it is determined by the zero inclination switching means that the first inclination amount is not zero, the first inclination amount is output, and the zero inclination switching means indicates that the first inclination amount is zero. An image radar apparatus comprising: a spectral image tilt output unit that outputs the third tilt amount when it is determined.
請求項3に記載の画像レーダ装置において、
前記第1のスペクトル画像傾き推定メイン手段および前記第2のスペクトル画像傾き推定メイン手段は、
XYの2次元平面からなるスペクトル画像に対して、積分経路のY値を設定するY値設定手段と、
前記積分経路の前記スペクトル画像上での傾きの候補を設定する傾き候補設定手段と、
前記Y値設定手段で設定された前記Y値と、前記傾き候補設定手段で設定された前記傾きに基づいて、Xの連続値を設定するX連続値算出手段と、
前記X連続値算出手段で設定されたXの連続値の小数点以下を切り捨てて、切り捨てにより離散化されたX切捨て値を得るX切捨て値設定手段と、
前記Xの連続値と前記X切捨て値との差分値を算出するX差分値算出手段と、
算出された前記差分値に基づいて、前記X切捨て値で設定される前記2次元平面上のセルと、前記セルと隣接する、前記X切捨て値に1を加えた値で設定されるセルのそれぞれの振幅値を線形補間した上で、積分を行う隣接X値積分手段と
各Y値において前記スペクトル画像を全X値における振幅の最大値で正規化した上で、さらに、各Yごとに重み付けを行うための重みベクトルを生成する加重正規化ベクトル生成手段と、
前記隣接X値積分手段による積分結果のピークを探索し、前記ピークが現れた積分経路の傾きに基づいて入力された前記短時間ドップラヒストリ上の軌跡の傾きを算出するピーク傾き検出手段と
を備えることを特徴とする画像レーダ装置。
The image radar apparatus according to claim 3,
The first spectral image inclination estimation main means and the second spectral image inclination estimation main means are:
Y value setting means for setting a Y value of an integration path for a spectrum image composed of a two-dimensional plane of XY,
An inclination candidate setting means for setting an inclination candidate on the spectrum image of the integration path;
X continuous value calculation means for setting a continuous value of X based on the Y value set by the Y value setting means and the inclination set by the inclination candidate setting means;
X rounded value setting means for rounding off the decimal point of the X continuous value set by the X continuous value calculating means to obtain an X rounded value discretized by rounding down;
X difference value calculation means for calculating a difference value between the continuous value of X and the X cutoff value;
Based on the calculated difference value, the cell on the two-dimensional plane set with the X cut-off value, and the cell adjacent to the cell and set with a value obtained by adding 1 to the X cut-off value After linearly interpolating the amplitude values, the adjacent X value integrating means for performing integration, and normalizing the spectrum image with the maximum amplitude value for all X values for each Y value, and further weighting each Y value Weighted normalization vector generation means for generating a weight vector for performing;
A peak inclination detecting means for searching for a peak of an integration result by the adjacent X value integrating means and calculating an inclination of a locus on the short-time Doppler history inputted based on an inclination of an integration path where the peak appears. An image radar device characterized by that.
請求項2ないし4のいずれか1項に記載の画像レーダ装置において、
前記ドップラ変化率算出手段は、各区分領域の中心時刻と各区分領域におけるドップラ周波数の変化率の算出結果のペアに対して高次の最小二乗法等のフィッティング法を適用して各時刻におけるドップラ周波数の変化率を時刻に対する多項式として求め、
前記レンジ変化算出手段は、前記多項式を積分して得られるドップラ周波数の時間変化を用いてレンジの時間変化を算出する
ことを特徴とする画像レーダ装置。
The image radar device according to any one of claims 2 to 4,
The Doppler change rate calculating means applies a fitting method such as a high-order least squares method to a pair of calculation results of the change rate of the Doppler frequency in each divided region and the center time of each divided region. Obtain the rate of frequency change as a polynomial over time,
The range change calculating means calculates a range change over time using a time change in Doppler frequency obtained by integrating the polynomial.
請求項1ないし5のいずれか1項に記載の画像レーダ装置において、
前記時系列データ抽出手段は、反射点がレンジを越えて移動していることを想定してレンジの切出し範囲を設定し、切出し範囲を総和して時系列データを生成することを特徴とする画像レーダ装置。
The image radar apparatus according to any one of claims 1 to 5,
The time-series data extracting means sets an extraction range of the range on the assumption that the reflection point has moved beyond the range, and generates time-series data by summing the extraction range. Radar device.
請求項1ないし6のいずれか1項に記載の画像レーダ装置において、
前記ドップラヒストリ生成手段は、時系列データから切出した区分データ列にゼロ詰めを行ってドップラヒストリをドップラ周波数方向に補間することを特徴とする画像レーダ装置。
The image radar device according to any one of claims 1 to 6,
The Doppler history generating means performs zero padding on a segmented data string cut out from time series data, and interpolates the Doppler history in the Doppler frequency direction.
請求項1ないし7のいずれか1項に記載の画像レーダ装置において、
前記補償量算出手段で算出された前記レンジ補償量および前記位相補償量を記憶する修正補償量記憶部と、
前記修正補償量記憶部に記憶された前記位相補償量に基づいて前記時系列データ抽出手段で抽出された時系列データの位相を補償する時系列データ補償手段と、
前記補償量算出手段で算出された前記レンジ補償量および前記位相補償量に基づいて、前記ドップラヒストリ生成手段で実行する短時間フーリエ変換に用いる時系列データの点数を変更するSTFT点数変更手段と
をさらに備え、
前記前記ドップラヒストリ生成手段は、前記時系列データ補償手段により補償された時系列データを、STFT点数変更手段で変更された時系列データの点数を用いて短時間フーリエ変換を行うことにより新たなドップラヒストリを生成し、
前記補償量算出手段は、前記新たなドップラヒストリに対応して算出したレンジ補償量および位相補償量と、前記修正補償量記憶部に記憶されている前回のレンジ補償量および位相補償量とをそれぞれ加算することにより更新後のレンジ補償量および位相補償量を算出して前記修正補償量記憶部に記憶させ、前記更新後のレンジ補償量および位相補償量の変化量が所定値以内になるか、もしくは所定回数算出するまで補償量の算出処理を繰り返し行う
ことを特徴とする画像レーダ装置。
The image radar apparatus according to any one of claims 1 to 7,
A correction compensation amount storage unit for storing the range compensation amount and the phase compensation amount calculated by the compensation amount calculation means;
Time-series data compensation means for compensating the phase of the time-series data extracted by the time-series data extraction means based on the phase compensation amount stored in the correction compensation amount storage unit;
STFT score changing means for changing the time series data score used for the short-time Fourier transform executed by the Doppler history generating means based on the range compensation quantity and the phase compensation quantity calculated by the compensation quantity calculating means; In addition,
The Doppler history generation means performs a new Doppler by performing a short-time Fourier transform on the time series data compensated by the time series data compensation means using the points of the time series data changed by the STFT point change means. Generate history,
The compensation amount calculation means includes a range compensation amount and a phase compensation amount calculated corresponding to the new Doppler history, and a previous range compensation amount and a phase compensation amount stored in the correction compensation amount storage unit, respectively. The updated range compensation amount and phase compensation amount are calculated by adding and stored in the correction compensation amount storage unit, and the updated range compensation amount and phase compensation amount change amount are within a predetermined value, Alternatively, the image radar device is characterized in that the compensation amount calculation process is repeatedly performed until the predetermined number of times is calculated.
請求項1ないし7のいずれか1項に記載の画像レーダ装置において、
前記補償量算出手段で算出された前記レンジ補償量および前記位相補償量を記憶する修正補償量記憶部と、
前記修正補償量記憶部に記憶された前記位相補償量に基づいて前記時系列データ抽出手段で抽出された時系列データの位相を補償する時系列データ補償手段と、
前記補償量算出手段で算出された前記レンジ補償量および前記位相補償量に基づいて、前記ヒストリ切出し手段で前記短時間ドップラヒストリを切り出す切出し点数を変更するドップラヒストリ切出し点数変更手段と
をさらに備え、
前記前記ドップラヒストリ生成手段は、前記時系列データ補償手段により補償された時系列データに対して短時間フーリエ変換を行うことにより新たなドップラヒストリを生成し、
前記ヒストリ切出し手段は、前記ドップラヒストリ切出し点数変更手段で変更された切出し点数を用いて新たな短時間ドップラヒストリを切出し、
前記補償量算出手段は、前記新たな短時間ドップラヒストリに対応して算出したレンジ補償量および位相補償量と、前記修正補償量記憶部に記憶されている前回のレンジ補償量および位相補償量とをそれぞれ加算することにより更新後のレンジ補償量および位相補償量を算出して前記修正補償量記憶部に記憶させ、前記更新後のレンジ補償量および位相補償量の変化量が所定値以内になるか、もしくは所定回数算出するまで補償量の算出処理を繰り返し行う
ことを特徴とする画像レーダ装置。
The image radar apparatus according to any one of claims 1 to 7,
A correction compensation amount storage unit for storing the range compensation amount and the phase compensation amount calculated by the compensation amount calculation means;
Time-series data compensation means for compensating the phase of the time-series data extracted by the time-series data extraction means based on the phase compensation amount stored in the correction compensation amount storage unit;
Further comprising: a Doppler history cut-out point changing means for changing a cut-out point for cutting out the short-time Doppler history by the history cut-out means based on the range compensation amount and the phase compensation amount calculated by the compensation amount calculating means,
The Doppler history generation means generates a new Doppler history by performing a short-time Fourier transform on the time series data compensated by the time series data compensation means,
The history cutout means cuts out a new short-time Doppler history using the cutout points changed by the Doppler history cutout point changing means,
The compensation amount calculating means includes a range compensation amount and a phase compensation amount calculated corresponding to the new short-time Doppler history, a previous range compensation amount and a phase compensation amount stored in the correction compensation amount storage unit, Are added to each other to calculate the updated range compensation amount and phase compensation amount and store them in the correction compensation amount storage unit, and the updated range compensation amount and phase compensation amount change amount are within a predetermined value. Alternatively, the compensation amount calculation process is repeatedly performed until a predetermined number of times is calculated.
請求項1ないし7のいずれか1項に記載の画像レーダ装置において、
前記補償量算出手段で算出された前記レンジ補償量および前記位相補償量を記憶する修正補償量記憶部と、
前記修正補償量記憶部に記憶された前記位相補償量に基づいて前記時系列データ抽出手段で抽出された時系列データの位相を補償する時系列データ補償手段と、
前記補償量算出手段で算出された前記レンジ補償量および前記位相補償量に基づいて、前記ドップラヒストリ生成手段で実行する短時間フーリエ変換に用いる時系列データの点数を変更するSTFT点数変更手段と
前記補償量算出手段で算出された前記レンジ補償量および前記位相補償量に基づいて、前記ヒストリ切出し手段で前記短時間ドップラヒストリを切り出す切出し点数を変更するドップラヒストリ切出し点数変更手段と
をさらに備え、
前記前記ドップラヒストリ生成手段は、前記時系列データ補償手段により補償された時系列データを、STFT点数変更手段で変更された時系列データの点数を用いて短時間フーリエ変換を行うことにより新たなドップラヒストリを生成し、
前記ヒストリ切出し手段は、前記ドップラヒストリ切出し点数変更手段で変更された切出し点数を用いて新たな短時間ドップラヒストリを切出し、
前記補償量算出手段は、前記新たな短時間ドップラヒストリに対応して算出したレンジ補償量および位相補償量と、前記修正補償量記憶部に記憶されている前回のレンジ補償量および位相補償量とをそれぞれ加算することにより更新後のレンジ補償量および位相補償量を算出して前記修正補償量記憶部に記憶させ、前記更新後のレンジ補償量および位相補償量の変化量が所定値以内になるか、もしくは所定回数算出するまで補償量の算出処理を繰り返し行う
ことを特徴とする画像レーダ装置。
The image radar apparatus according to any one of claims 1 to 7,
A correction compensation amount storage unit for storing the range compensation amount and the phase compensation amount calculated by the compensation amount calculation means;
Time-series data compensation means for compensating the phase of the time-series data extracted by the time-series data extraction means based on the phase compensation amount stored in the correction compensation amount storage unit;
STFT score changing means for changing the score of time-series data used for the short-time Fourier transform executed by the Doppler history generating means based on the range compensation quantity and the phase compensation quantity calculated by the compensation quantity calculating means; A Doppler history cut-out number changing means for changing a cut-out point for cutting out the short-time Doppler history by the history cut-out means based on the range compensation amount and the phase compensation amount calculated by a compensation amount calculation means, and
The Doppler history generation means performs a new Doppler by performing a short-time Fourier transform on the time series data compensated by the time series data compensation means using the points of the time series data changed by the STFT point change means. Generate history,
The history cutout means cuts out a new short-time Doppler history using the cutout points changed by the Doppler history cutout point changing means,
The compensation amount calculating means includes a range compensation amount and a phase compensation amount calculated corresponding to the new short-time Doppler history, a previous range compensation amount and a phase compensation amount stored in the correction compensation amount storage unit, Are added to each other to calculate the updated range compensation amount and phase compensation amount and store them in the correction compensation amount storage unit, and the updated range compensation amount and phase compensation amount change amount are within a predetermined value. Alternatively, the compensation amount calculation process is repeatedly performed until a predetermined number of times is calculated.
請求項1に記載の画像レーダ装置において、
前記ヒストリ切り出し手段は、
区分ヒストリ上の軌跡の傾きを推定するために、入力された前記ドップラヒストリの振幅分布に対して、1次元フーリエ変換を行ってFFTヒストリを算出するFFTヒストリ算出手段と、
短時間2次元フーリエ変換を行う際の切出し点数に基づいて前記FFTヒストリをヒット方向に切出すFFTヒストリ切出し手段と
を有し、
前記ドップラ変換率推定手段は、
前記FFTヒストリ切出し手段で切出されたFFTヒストリをヒット方向にフーリエ変換して、入力された前記ドップラヒストリのスペクトル画像を生成する1D−FT手段と、
生成された前記スペクトル画像に基づいて複素画像上の軌跡の傾きを推定するスペクトル画像傾き推定手段と、
推定された前記傾きに基づいてドップラ周波数の変化率を推定するドップラ変化率算出手段と
を有する
ことを特徴とする画像レーダ装置。
The image radar device according to claim 1,
The history cut-out means is
FFT history calculation means for performing a one-dimensional Fourier transform on the input amplitude distribution of the Doppler history to calculate an FFT history in order to estimate the inclination of the trajectory on the section history;
FFT history cutting means for cutting out the FFT history in the hit direction based on the number of cut points when performing a short-time two-dimensional Fourier transform,
The Doppler conversion rate estimation means is:
1D-FT means for generating a spectral image of the input Doppler history by Fourier-transforming the FFT history cut by the FFT history cutting means in the hit direction;
A spectral image inclination estimation means for estimating an inclination of a locus on the complex image based on the generated spectral image;
An image radar apparatus comprising: a Doppler change rate calculating unit that estimates a change rate of a Doppler frequency based on the estimated inclination.
請求項1に記載の画像レーダ装置において、
前記ドップラヒストリ生成手段は、ドップラヒストリ生成のための短時間フーリエ変換において、ゼロ詰め後のデータ点数を一定に保ちつつ、前記時系列データを短時間フーリエ変換したときの反射点が所定の基準ドップラヒストリ幅以内になるように前記時系列データの切出し点数を変更しながら前記ドップラヒストリを生成することを特徴とする画像レーダ装置。
The image radar device according to claim 1,
In the short-time Fourier transform for generating the Doppler history, the Doppler history generation means keeps the number of data points after zero padding constant, and the reflection point when the time-series data is subjected to the short-time Fourier transform is a predetermined reference Doppler. An image radar apparatus, wherein the Doppler history is generated while changing the number of cut-out points of the time series data so as to be within a history width.
請求項1ないし12のいずれか1項に記載の画像レーダ装置において、
運動補償後のレンジヒストリから時系列信号を抽出し、前記時系列信号をフィルタリング処理し、フィルタリング処理後の時系列信号の位相変化に基づいて、前記運動補償後のレンジヒストリに残存する不要なレンジ変化を推定し、前記不要なレンジ変化に基づいてレンジヒストリのレンジおよびドップラの不要な変化の影響を補償するためのレンジ分解能で規格化したレンジ補償量と位相補償量を算出する精細補償量推定器と、
前記精細補償量推定器の出力である前記レンジ補償量および前記位相補償量を用いて前記運動補償後のレンジヒストリに残存する不要なレンジ変化を補償する精細運動補償器と
を有する精細補償回路をさらに備え、
前記精細補償量推定器は、前記2次元フーリエ変換補償回路内の前記運動補償器により補償されたレンジヒストリを運動補償後のレンジヒストリとして取り込むことを特徴とする画像レーダ装置。
The image radar device according to any one of claims 1 to 12,
A time series signal is extracted from the range history after motion compensation, the time series signal is filtered, and an unnecessary range remaining in the range history after motion compensation is based on the phase change of the time series signal after filtering processing. Precise compensation amount estimation that estimates the change and calculates the range compensation amount and phase compensation amount normalized by the range resolution to compensate for the influence of the unnecessary range change of the range history and the Doppler based on the unnecessary range change And
A fine compensation circuit comprising: a fine motion compensator that compensates for an unnecessary range change remaining in the range history after motion compensation using the range compensation amount and the phase compensation amount that are outputs of the fine compensation amount estimator. In addition,
The fine radar compensation amount estimator takes in a range history compensated by the motion compensator in the two-dimensional Fourier transform compensation circuit as a range history after motion compensation.
移動する目標に対して電波を送信し、前記目標からの反射波を受信して、レンジプロフィールの時間履歴であるレンジヒストリを生成し、前記レンジヒストリのクロスレンジ圧縮により前記目標の画像を得る画像レーダ装置において、
レンジヒストリから各区分時間領域のレンジヒストリである短時間レンジヒストリを切出すヒストリ切出し手段と、
前記ヒストリ切出し手段で切り出された前記短時間レンジヒストリ上の各反射点の軌跡のレンジ変化率を推定するレンジ変化率推定手段と、
前記レンジ変化率を統合して全時間におけるレンジの変化を推定するレンジヒストリ変化算出手段と、
前記レンジヒストリ変化算出手段で推定された前記レンジの変化に基づいてレンジヒストリのレンジおよびドップラの不要な変化の影響を補償するためのレンジ分解能で規格化したレンジ補償量および位相補償量を算出する補償量算出手段と、
算出された前記レンジ補償量および前記位相補償量に基づいてレンジヒストリの不要なレンジおよび位相の変化を補償する粗運動補償器と
を有する粗補償回路を備えることを特徴とする画像レーダ装置。
An image that transmits a radio wave to a moving target, receives a reflected wave from the target, generates a range history that is a time history of the range profile, and obtains an image of the target by cross-range compression of the range history In radar equipment
A history cutout means for cutting out a short time range history that is a range history of each divided time region from the range history,
Range change rate estimation means for estimating the range change rate of the locus of each reflection point on the short-time range history cut out by the history cutout means;
Range history change calculation means for integrating the range change rate and estimating a change in range over the entire time;
Based on the range change estimated by the range history change calculation means, a range compensation amount and a phase compensation amount normalized by range resolution for compensating for the influence of the range history and unnecessary Doppler change are calculated. Compensation amount calculating means;
An image radar apparatus comprising: a coarse compensation circuit including: a coarse motion compensator that compensates for an unnecessary range and phase change in a range history based on the calculated range compensation amount and the phase compensation amount.
請求項14に記載の画像レーダ装置において、
レンジヒストリから時系列データを抽出する時系列データ抽出手段と、
抽出された前記時系列データに短時間フーリエ変換を適用してドップラプロフィールの時間履歴であるドップラヒストリを生成するドップラヒストリ生成手段と、
生成された前記ドップラヒストリから区分時間領域のドップラヒストリである短時間ドップラヒストリを切り出すヒストリ切出し手段と、
切り出された前記短時間ドップラヒストリ上の各反射点の軌跡のドップラ周波数の変化率を推定するドップラ変化率推定手段と、
複数の短時間ドップラヒストリに対して推定された前記ドップラ周波数の変化率に基づいて全時間におけるドップラ周波数の変化を推定し、推定結果に基づいて目標とレーダとの間のレンジの変化を推定するレンジ変化算出手段と、
推定された前記レンジの変化に基づいて、前記レンジヒストリのレンジおよびドップラの不要な変化の影響を補償するためのレンジ分解能で規格化したレンジ補償量および位相補償量を算出する補償量算出手段と、
算出された前記レンジ補償量および前記位相補償量に基づいて前記レンジヒストリの不要なレンジおよび位相の変化を補償する運動補償器と
を有する2次元フーリエ変換補償回路をさらに備え
前記時系列データ抽出手段は、前記粗補償回路内の前記粗運動補償器により補償されたレンジヒストリから時系列データを抽出することを特徴とする画像レーダ装置。
The image radar device according to claim 14, wherein
Time-series data extracting means for extracting time-series data from the range history;
Doppler history generating means for generating a Doppler history that is a time history of a Doppler profile by applying a short-time Fourier transform to the extracted time series data;
A history cutout means for cutting out a short-time Doppler history that is a Doppler history of a segment time region from the generated Doppler history;
Doppler change rate estimation means for estimating the change rate of the Doppler frequency of the locus of each reflection point on the cut out short-time Doppler history;
Based on the Doppler frequency change rate estimated for a plurality of short-time Doppler histories, the Doppler frequency change over time is estimated, and the range change between the target and the radar is estimated based on the estimation result. Range change calculating means;
Compensation amount calculating means for calculating a range compensation amount and a phase compensation amount normalized with a range resolution for compensating for an influence of an unnecessary change in the range and the Doppler in the range history based on the estimated change in the range; ,
A time-series data extraction means further comprising: a motion compensator that compensates for an unnecessary range and phase change in the range history based on the calculated range compensation amount and the phase compensation amount. The image radar apparatus extracts time series data from a range history compensated by the coarse motion compensator in the coarse compensation circuit.
請求項15に記載の画像レーダ装置において、
運動補償後のレンジヒストリから時系列信号を抽出し、前記時系列信号をフィルタリング処理し、フィルタリング処理後の時系列信号の位相変化に基づいて、前記運動補償後のレンジヒストリに残存する不要なレンジ変化を推定し、前記不要なレンジ変化に基づいてレンジヒストリのレンジおよびドップラの不要な変化の影響を補償するためのレンジ分解能で規格化したレンジ補償量と位相補償量を算出する精細補償量推定器と、
前記精細補償量推定器の出力である前記レンジ補償量および前記位相補償量を用いて前記運動補償後のレンジヒストリに残存する不要なレンジ変化を補償する精細運動補償器と
を有する精細補償回路をさらに備え、
前記精細補償量推定器は、前記2次元フーリエ変換補償回路内の前記運動補償器により補償されたレンジヒストリを運動補償後のレンジヒストリとして取り込むことを特徴とする画像レーダ装置。
The image radar device according to claim 15,
A time series signal is extracted from the range history after motion compensation, the time series signal is filtered, and an unnecessary range remaining in the range history after motion compensation is based on the phase change of the time series signal after filtering processing. Precise compensation amount estimation that estimates the change and calculates the range compensation amount and phase compensation amount normalized by the range resolution to compensate for the influence of the unnecessary range change of the range history and the Doppler based on the unnecessary range change And
A fine compensation circuit comprising: a fine motion compensator that compensates for an unnecessary range change remaining in the range history after motion compensation using the range compensation amount and the phase compensation amount that are outputs of the fine compensation amount estimator. In addition,
The fine radar compensation amount estimator takes in a range history compensated by the motion compensator in the two-dimensional Fourier transform compensation circuit as a range history after motion compensation.
請求項14に記載の画像レーダ装置において、
運動補償後のレンジヒストリから時系列信号を抽出し、前記時系列信号をフィルタリング処理し、フィルタリング処理後の時系列信号の位相変化に基づいて、前記運動補償後のレンジヒストリに残存する不要なレンジ変化を推定し、前記不要なレンジ変化に基づいてレンジヒストリのレンジおよびドップラの不要な変化の影響を補償するためのレンジ分解能で規格化したレンジ補償量と位相補償量を算出する精細補償量推定器と、
前記精細補償量推定器の出力である前記レンジ補償量および前記位相補償量を用いて前記運動補償後のレンジヒストリに残存する不要なレンジ変化を補償する精細運動補償器と
を有する精細補償回路をさらに備え、
前記精細補償量推定器は、前記粗補償回路内の前記粗運動補償器により補償されたレンジヒストリを運動補償後のレンジヒストリとして取り込むことを特徴とする画像レーダ装置。
The image radar device according to claim 14, wherein
A time series signal is extracted from the range history after motion compensation, the time series signal is filtered, and an unnecessary range remaining in the range history after motion compensation is based on the phase change of the time series signal after filtering processing. Precise compensation amount estimation that estimates the change and calculates the range compensation amount and phase compensation amount normalized by the range resolution to compensate for the influence of the unnecessary range change of the range history and the Doppler based on the unnecessary range change And
A fine compensation circuit comprising: a fine motion compensator that compensates for an unnecessary range change remaining in the range history after motion compensation using the range compensation amount and the phase compensation amount that are outputs of the fine compensation amount estimator. In addition,
The image radar apparatus according to claim 1, wherein the fine compensation amount estimator takes in a range history compensated by the coarse motion compensator in the coarse compensation circuit as a range history after motion compensation.
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