JP2007078398A - 合成開口レーダ画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、ＳＡＲ画像中における移動目標の視認性を向上させる。
【解決手段】 移動目標信号を抽出して出力するＭＴＩ帯域制限部４で抽出された移動目標信号を予め設定された閾値レベルＬを超えた信号成分を出力する検出部１０を有する。
検出部１０は、閾値レベルＬとの比較により、クラッタ等の雑音成分や固定目標の消え残りを除去して移動目標信号を検出するとともに、検出した移動目標を必要に応じて増幅出力するように構成したので、固定目標とは明瞭に区別して表示された表示器上で、移動目標の位置や形状等を正確に把握することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、合成開口レーダ(ＳＡＲ:Synthetic Aperture Radar)の受信記録データから移動目標を抽出して表示可能な合成開口レーダ画像表示装置の改良に関する。

合成開口レーダ（ＳＡＲ）は一種の画像レーダであり、航空機や人工衛星に搭載され、飛行方向と交差する方向にリニアＦＭ変調からなるパルス信号を送信し、反射受信信号に対する圧縮処理と振幅及び位相情報のベクトル合成により、距離（レンジ）−方位（アジマス）方向に高分解能の２次元画像を得るものである。

ＳＡＲは、いわゆる側方偵察レーダとして使用し、その２次元画像をリアルタイムで得ることも考えられるが、受信信号に対する相関処理演算は大掛かりな作業になるので、通常、機上等で記録された受信データを地上に持ち帰って読み出し、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）を含むディジタル演算処理を施して、表示用の画像が作成される。

ＳＡＲにおける受信データの記録には、受信信号の振幅情報と位相情報をホログラフィックの形で光学的にフィルムに記録する方法や、磁気テープに記録する方法がある。

また、記録されたＳＡＲ受信データを処理し、高解像度の画像データを得るために、距離方向でのパルス圧縮処理、及び方位（すなわち、クロスレンジ）方向に対するドプラ周波数の分解処理が行われるが、ドプラ周波数情報を利用した参照関数を用いることで、処理時間の短縮化を図るデータ処理システムが提案されている。（例えば、特許文献１参照。）。

また、ＳＡＲの受信記録データには、地表の固定目標はもとより、地上を走行する車両等の移動目標も含まれるが、特にその移動目標を検出し、その移動目標の位置を２次元画像上に示すべく、文字や記号等のシンボルを固定目標に重畳した合成開口レーダも提案されている。（例えば、特許文献２参照。）。
特開昭６３−２４１４８４号公報 特開平１０−７８４８１号公報

上記のように、合成開口レーダ画像表示装置において、ＳＡＲ画像に固定目標とともに移動目標が合わせ表示されるとき、通常、地面等の固定目標の大きさに比べて移動目標の画面は小さいので、移動目標に対する視認性を高める必要があるが、移動目標が存在することを示すシンボルが固定目標に重畳表示されていた。

しかしながら、ＳＡＲ画像上に、移動目標の存在を示すシンボルを重畳表示したのでは、ＳＡＲ画像内の移動目標自体の映像の一部あるいは全てがそのシンボルの陰に隠れたり、あるいは小さな移動目標の映像が、隣接して明るく表示されるシンボルのために、オペレータが移動目標自体の存在位置や移動目標そのものの大きさや形状等を正確に視認できなくなるという問題があった。

そこで本発明は、オペレータが、移動目標の位置はもとより、その形状やその大きさを的確に視認することが可能な合成開口レーダ画像表示装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の合成開口レーダ画像表示装置は、固定目標と移動目標とを含む合成開口レーダの記録情報から固定目標を抑圧し、移動目標を抽出して出力する移動目標抽出手段と、この移動目標抽出手段で抽出された前記移動目標を導入し、予め設定された閾値レベルを超えた信号成分を検出して出力する検出手段と、この検出手段で検出された前記移動目標を表示する表示手段とを具備することを特徴とする。

本発明の第２の合成開口レーダ画像表示装置は、固定目標と移動目標とを含む合成開口レーダの記録情報から固定目標を抽出する固定目標抽出手段と、前記固定目標と移動目標とを含む合成開口レーダの記録情報から固定目標を抑圧し、移動目標を抽出して出力する移動目標抽出手段と、この移動目標抽出手段で抽出された前記移動目標を導入し、予め設定された閾値レベルを超えた信号成分を検出して出力する検出手段と、この検出手段で検出された前記移動目標と前記固定目標抽出手段で抽出された前記固定目標とを重畳して表示する表示手段とを具備することを特徴とする。

本発明の合成開口レーダ画像表示装置は、上記のように固定目標と移動目標を含む記録情報から予め設定された移動目標信号を抽出して出力する移動目標抽出手段と、その移動目標抽出手段で抽出された移動目標信号を導入して予め設定された閾値レベルを超えた信号成分を出力する検出手段を備えたので、移動目標を背景である固定目標やクラッタと区別して良好に検出できる。

従って、移動目標を高分解能で捉えつつ、所定の輝度増幅表示により移動目標が有する固有の信号強度を損なうことなく表示することもでき、オペレータは移動目標の真の位置はもとより形状並びに大きさ等を視認性良く捉えること可能である。

以下、本発明の合成開口レーダ画像表示装置の一実施例を図１及び図２を参照して以下説明する。

図１は、本発明に係る合成開口レーダ表示装置の一実施例を示した構成図である。

まず、側方偵察レーダ等の合成開口レーダによって得られたＳＡＲ受信信号は、写真フィルムに光学的に記録され、そのＳＡＲ受信信号を記録した写真フィルムには、固定目標及び移動目標等の目標に対する振幅及び位相情報がホログラフィックの形で記録され、振幅情報は特に濃淡で写真フィルムに記録されて供給される。

また、ＳＡＲにおける送信パルス繰り返し周波数（Pulse Repetition Frequency）をＰＲＦとしたとき、良く知られているように、固定目標は、ドプラ信号の中心周波数がＰＲＦ／４だけオフセットされた状態で写真フィルムに記録されている。

そこで、ＳＡＲ受信信号を記憶した写真フィルムが、フィルムリーダからなる読み取り部１に供給され、読み取り部１は、写真フィルムに表示された振幅及び位相情報を読み出し、直交信号生成部２に供給する。

直交信号生成部２は、読み取り部１で読み出されたＳＡＲ受信信号を量子化によりＡ／Ｄ変換し、ＳＡＲ受信信号に含む位相情報を復元し、振幅情報と直交した信号成分（Ｑ信号）を生成し、ＰＲＦ／４補正部３及びＭＴＩ（Moving Target Indicator）帯域制限部４に供給する。

ＰＲＦ／４補正部３は、一種のアジマスプレフィルタ（azimuth pre-filter）を形成し、直交信号生成部２から供給されるＱ信号をＰＲＦ／４だけ補正し、ドプラ信号の中心周波数をベースバンドに戻すことで固定目標を抽出し、第１距離（レンジ）圧縮部５ａに供給する。

第１距離圧縮部５ａは、ＰＲＦ／４補正部３から供給の固定目標信号に対し、参照関数との相関処理によるパルス圧縮により、距離分解能の向上した固定目標信号を生成し、第１方位圧縮部６ａに供給する。

固定目標の受信信号は、方位（アジマス）方向に所定のドプラ周波数変化率を有しているので、第１方位圧縮部６ａは、方位方向に対しドプラ周波数に基づく圧縮操作により、固定目標に対し高い方位分解能を形成して第１画像生成部７ａに供給する。

第１画像生成部７ａは、供給された距離−方位方向に高分解能を有する固定目標信号に対し、その振幅値を表示用の色（カラー）コードに従って変換し、固定目標表示用の画像、すなわち固定目標表示信号（ＦＴＩ；Fixed Target Imagery）を生成して、第１画像表示部８ａ及び画像合成部９に供給する。

第１画像表示部８ａは、ＣＲＴ（ブラウン管）や液晶表示パネル等の表示器で構成され、第１画像生成部７ａから供給の画像を導入し、ラスタースキャンにより固定目標を表示する。

なお、画像合成部９は、上記のように第１画像生成部７ａから供給された固定目標表示用の画像と、後述する検出移動目標表示用の画像と合成して第２画像表示部８ｂに供給する。

次に、ＭＴＩ帯域制限部４は、移動目標検出に必要な分解能に対応した帯域に制限して移動目標を抽出するフィルタであり、直交信号生成部２から供給された出力信号に対し、固定目標を除去し、移動目標を抽出して第２距離圧縮部５ｂに供給する。

第２距離圧縮部５ｂは、ＭＴＩ帯域制限部４から供給される移動目標信号を導入し、第１距離圧縮部５ａと同様に、距離方向へのパルス圧縮操作により高い距離分解能を有する移動目標信号を生成して第２方位圧縮部６ｂに供給する。

第２方位圧縮部６ｂは、第１方位圧縮部６ａと同様に、距離分解能の向上した移動目標信号に対し、方位方向のドプラ周波数変化率に対する参照関数との相関処理を施し、方位方向に圧縮操作を行い、方位方向に高分解能の移動目標を生成して検出部１０及び第２画像生成部７ｂに供給する。

第２画像生成部７ｂは、第１画像生成部７ａと同様に構成され、第２方位圧縮部６ｂから供給された距離−方位方向に高分解能を有する移動目標信号を導入し、カラーコードに従った振幅値の変換を実行し、移動目標表示用の画像を作成して第２画像表示部８ｂに供給する。

第２画像表示部８ｂは、第１画像表示部８ａと同様に構成され、供給された移動目標表示用の画像に基づき、ＣＲＴ等の表示器に移動目標を表示する。

一方、第２方位圧縮部６ｂからの高分解能の移動目標信号を導入した検出部１０は、比較回路及び増幅回路を内蔵し、比較回路は、いわゆる一種のベースクリッパ回路を構成し、供給された移動目標信号の振幅を予め設定された閾値レベルＬと比較し、閾値レベルＬ以下の信号成分を「０」とし、閾値レベルＬを超えた信号成分を出力することで、クラッタ等の雑音を除去し、Ｓ／Ｎが良好で、より確かな移動目標を抽出して増幅回路に供給する。

なお、検出部１０の比較回路は、供給される移動目標信号に対し、閾値レベルＬにより二値化を図るものであるから、閾値レベルＬ以上の振幅領域は全て「１」のディジタル信号に波形成形して出力することもできるが、この実施例の比較回路は、二値化された閾値レベルＬを超えた領域の振幅は、その量子化された振幅情報をそのまま維持した状態で増幅回路に供給するように構成されている。

そこで、増幅回路は、任意の増幅度を有し、比較回路から供給される閾値レベルＬを超えた移動目標信号の振幅レベルを維持し、あるいは所定の増幅率に基づいた増幅を施し、検出移動目標信号として第３画像生成部７ｃに供給する。

すなわち、検出部１０は、クラッタ及び消え残りの固定目標を除去しつつ、移動目標自体の有する大きさや形状及び反射信号強度をそのまま忠実に保持しつつ、適宜増幅された検出移動目標信号を形成して第３画像生成部７ｃに供給する。

第３画像生成部７ｃは、第１及び第２画像生成部７ａ，７ｂと同様に構成され、検出部１０から供給された検出移動目標信号に対し、カラーコードに基づく振幅値の変換を行い、検出移動目標表示用の画像を作成し、第２画像表示部８ｂ及び画像合成部９に供給する。

画像合成部９は、第３画像生成部７ｃから供給された検出移動目標表示用の画像と、先の第１画像生成部７ａから供給の固定目標表示用の画像とを重ね合わせ合成して第２画像表示部８ｂに供給するので、第２画像表示部８ｂは、第２画像生成部７ｂ、第３画像生成部７ｃ及び画像合成部９からそれぞれ供給される画像を適宜選択的に切り替え表示することができる。

とりわけ、検出部１０を介して得られた検出移動目標信号は、高解像度と良好なＳ／Ｎを有するのに加えて、その固有の信号強度に対応したカラー表示ができるので、オペレータは、移動目標の位置やその大きさ及び形状を容易かつ明確に視認できるだけでなく、移動目標の種別の識別等も容易となる。

以上、本実施例における合成開口レーダ画像表示装置の具体的構成及び作用を説明したが、画像表示装置自体は、実際にはコンピュータを内蔵し、表示用の画像は、コンピュータのプログラム制御によるディジタル信号処理により、ソフトウエア上で作成される。

そこで、上記説明の合成開口レーダ画像表示装置の動作手順を、上記図１に加えて、図２に示したフローチャートを参照して以下説明する。

すなわち、図２に示したように、フィルム読み込み部１において、写真フィルムから読み出されたＡＳＲ画像情報は、直交信号生成部２に供給され、直交信号（Ｑ信号）の生成（ステップＳ２０１）を経て、ＰＲＦ/４補正部３及びＭＴＩ帯域制限部４に供給される。

そこで、ＰＲＦ/４補正部３におけるベースバンドへの変換により固定目標が、またＭＴＩ帯域制限部４におけるフィルタリングにより移動目標がそれぞれ抽出される(ステップＳ２０２)。

抽出された固定目標及び移動目標は、それぞれ第１及び第２距離圧縮部５ａ，５ｂに供給され、参照関数との相関処理により距離分解能の向上が図られる（ステップＳ２０３）。

続いて第１及び第２方位圧縮部６ａ，６ｂに供給され、それぞれ方位分解能の向上が図られて出力されるが、そのうち移動目標は分岐して出力される（ステップＳ２０４）。

次に、ステップ２０５に移行し、第１及び第２方位圧縮部６ａ，６ｂの各出力のうち、分岐出力された移動目標のいずれが検出対象の移動目標であるか否かの判定が行われる（ステップＳ２０５）。

ステップＳ２０５において、検出対象ではない（ＮＯ）と判定された側の移動目標及び固定目標はそのまま第２画像生成部７ｂ及び第１画像生成部に供給され、それぞれ移動目標表示用（ＭＴＩ）の画像及び固定目標表示用（ＦＴＩ）の画像がともに生成出力されるとともに、ＦＴＩの画像は分岐して出力される（ステップＳ２０６）。

ステップＳ２０７に移行し、生成出力されたＭＴＩ画像及びＦＴＩ画像のうち、分岐出力のＦＴＩ画像は重畳合成の対象であるか否か判定され、重畳合成対象でない（ＮＯ）と判定されたＦＴＩ画像は、ステップ２０８に移行し、ＭＴＩ画像とともにノーマル情報ファイルとして、対応する第１画像表示部８ａ及び第２画像表示部８ｂにそれぞれ供給される。

ステップＳ２０７において、重畳合成される（ＹＥＳ）と判定されたＦＴＩ画像は、ステップ２０９に移行し、以下説明により生成される検出移動目標表示用（検出ＭＴＩ）の画像と重畳合成される。

すなわち、先のステップ２０５において、検出対象である（ＹＥＳ）と判定された方の移動目標は、表示器上において固定目標等と明確に区別表示対象の移動目標として検出部１０に供給され、予め設定された閾値レベルＬと比較され、振幅が閾値レベルＬよりも大であるか否か判定される（ステップＳ２１０）。

ステップＳ２１０において、振幅が閾値レベルＬよりも小さい（ＮＯ）と判定された場合は、ステップ２１１に移行し、その信号振幅は「ゼロ」レベルにクリップされる。

ステップＳ２１０において、振幅が閾値レベルＬよりも大である（ＹＥＳ）と判定された場合は、ステップ２１２に移行し、ここで振幅増幅ないしはその振幅レベルの維持が行われ、第３画像生成部７ｃに供給される。

続いて、ステップ２１３において、先にステップＳ２１１において「ゼロ」レベルにクリップされた閾値レベルＬ以下の信号と、第３画像生成部７ｃからの振幅増幅ないしはその振幅レベルが維持された信号とが第３画像生成部７ｃにおいて合成され、検出移動目標表示用（検出ＭＴＩ）の画像が生成され、分岐出力される。

ステップＳ２１３で分岐出力された検出ＭＴＩ画像は、重畳合成されるが否か判定され（ステップＳ２１４）、重畳合成されない（ＮＯ）と判定された方は、直ちに第２画像表示部８ｂへと供給される。

ステップＳ２１４において、重畳合成対象（ＹＥＳ）と判定された検出ＭＴＩ画像は、ステップＳ２０９に移行し、先にステップＳ２０７において、重畳合成対象とされたＦＩＴ画像との重畳合成が行われ、その後、前記ステップＳ２０８に移行し、第２画像表示部８ｂに供給される。

以上説明の手順により、この実施例の合成開口レーダ画像表示装置は、第１画像表示部８ａには、ＦＴＩ画像が表示され、第２画像表示部８ｂには、第２画像生成部で生成されたＭＴＩ画像、あるいは第２画像生成部で生成された検出ＭＴＩ画像、さらには画像合成部９から供給されるＦＴＩ画像と検出ＭＴＩ画像との重畳合成ファイルのいずれかが適宜切り替え選択表示される。

いずれにしても、本実施例の合成開口レーダ画像表示装置によれば、検出部において、固定目標とは明瞭に識別しつつ、クラッタを除去して視認性の良好な検出ＭＴＩ画像を作成し表示器に供給するので、オペレータは、検出ＭＴＩモードの画像を、ノーマルなＭＴＩモードの画像やＦＴＩモードの画像と同様に、独自に、あるいは必要に応じてＦＴＩモードの画像との合成して表示器上に表示できるので、移動目標の位置及び形状等を容易かつ正確に捉えることができる。

なお、近年の画像レーダにおいては、１フート（foot）分解能と称されるように、距離及び方位に対する高度な分解能も実現可能とされていることから、上記説明の本実施例に係る合成開口レーダ画像表示装置を採用することにより、たとえば移動目標が自動車等の車両であるとしたとき、オペレータは、それが大型車両か小型車両であるかの識別や、あるいはこれらが複数台接近していたとしても明瞭に分離識別が可能である。

なお、上記実施例の説明において、第１及び第２画像表示部８ａ，８ｂは、それぞれ別構成であるかのように説明したが、同一の構成とし、供給される第１ないし第３画像生成部７ａ，７ｂ，７ｃ、並びに画像合成部９からの各画像を適宜選択表示するように構成できることは言うまでもない。

また、上記実施例の説明において、固定目標及び移動目標は、いずれも距離方向にパルス圧縮された後、方位方向に圧縮して高分解能を得る旨説明したが、順序を逆にし、方位分解能を高めてから距離分解能を得るようにしても良い。

本発明による合成開口レーダ画像表示装置の一実施例を示した構成図である。 図１に示した装置の動作手順を示したフローチャートである。

符号の説明

１ フィルム読み込み部
２ 直交信号生成部
３ ＰＲＦ／４補正部（固定目標抽出手段）
４ ＭＴＩ帯域制限部（移動目標抽出手段）
５ａ，５ｂ 距離（レンジ）圧縮部
６ａ，６ｂ 方位（アジマス）圧縮部
７ａ，７ｂ，７ｃ 画像生成部
８ａ，８ｂ 画像表示部（表示手段）
９ 画像合成部
１０ 検出部（検出手段：比較回路・増幅回路）

Claims (3)

1. 固定目標と移動目標とを含む合成開口レーダの記録情報から固定目標を抑圧し、移動目標を抽出して出力する移動目標抽出手段と、
   この移動目標抽出手段で抽出された前記移動目標を導入し、予め設定された閾値レベルを超えた信号成分を検出して出力する検出手段と、
   この検出手段で検出された前記移動目標を表示する表示手段と
   を具備することを特徴とする合成開口レーダ画像表示装置。
2. 固定目標と移動目標とを含む合成開口レーダの記録情報から固定目標を抽出する固定目標抽出手段と、
   前記固定目標と移動目標とを含む合成開口レーダの記録情報から固定目標を抑圧し、移動目標を抽出して出力する移動目標抽出手段と、
   この移動目標抽出手段で抽出された前記移動目標を導入し、予め設定された閾値レベルを超えた信号成分を検出して出力する検出手段と、
   この検出手段で検出された前記移動目標と前記固定目標抽出手段で抽出された前記固定目標とを重畳して表示する表示手段と
   を具備することを特徴とする合成開口レーダ画像表示装置。
3. 前記検出手段は、前記予め設定された閾値レベルを超えた信号成分を増幅して出力することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の合成開口レーダ画像表示装置。

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