JP2013200207A - Motion estimation apparatus, signal processing apparatus, computer program and motion estimation method - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、合成開口レーダによる観測結果から目標の速度や角速度を推定する運動推定装置に関する。 The present invention relates to a motion estimation apparatus that estimates a target speed and angular velocity from observation results obtained by a synthetic aperture radar.
合成開口レーダによる観測信号をアジマス圧縮では、合成開口レーダと目標との相対速度に合致する参照関数を使うことにより、分解能を高めることができる。通常、合成開口レーダ自身の移動速度は既知なので、目標の移動速度を正しく推定することが重要である。
目標の移動速度として、複数の速度を仮定し、仮定したそれぞれの速度に合致した参照関数を使ってアジマス圧縮をし、アジマス圧縮後の信号のピーク値を比較して、ピーク値が最も大きくなる速度が、目標の移動速度であると判定する技術がある。
In the azimuth compression of the observation signal from the synthetic aperture radar, the resolution can be increased by using a reference function that matches the relative velocity between the synthetic aperture radar and the target. Usually, since the moving speed of the synthetic aperture radar itself is known, it is important to correctly estimate the moving speed of the target.
Assuming multiple speeds as target movement speeds, azimuth compression is performed using a reference function that matches each of the assumed speeds, and the peak value of the signal after azimuth compression is compared. There is a technique for determining that the speed is a target moving speed.
従来の技術では、目標全体の運動とは別に、目標自体が回転しているなど、目標の部分ごとに移動速度が異なると、目標の移動速度を正しく判定できない場合がある。例えば、ある部分からの反射が強いと、その部分の移動速度を、目標全体の移動速度であると判定する可能性がある。
この発明は、例えば、目標自体が回転している場合でも、目標全体の移動速度を正しく推定することを目的とする。
In the conventional technique, if the moving speed differs for each part of the target such as the target itself rotating in addition to the movement of the entire target, the moving speed of the target may not be correctly determined. For example, if reflection from a certain part is strong, there is a possibility that the moving speed of that part is determined to be the moving speed of the entire target.
An object of the present invention is to correctly estimate the moving speed of the entire target even when the target itself is rotating, for example.
この発明にかかる運動推定装置は、
部分速度推定部と、運動分離部と、移動速度算出部とを有し、
上記部分速度推定部は、合成開口レーダが出力した信号に基づいて、上記合成開口レーダが観測した目標を分割した複数の部分それぞれについて、上記部分の移動速度を推定し、
上記運動分離部は、上記複数の部分それぞれについて上記部分速度推定部が推定した速度に基づいて、上記目標全体の運動と、上記目標自体の回転運動とを分離し、
上記移動速度算出部は、上記運動分離部が分離した上記目標全体の運動に基づいて、上記目標全体の運動による移動速度を算出する
ことを特徴とする。
The motion estimation apparatus according to the present invention includes:
A partial speed estimation unit, a motion separation unit, and a movement speed calculation unit;
The partial velocity estimation unit estimates the moving speed of the portion for each of a plurality of portions obtained by dividing the target observed by the synthetic aperture radar based on the signal output by the synthetic aperture radar,
The motion separation unit separates the motion of the entire target and the rotational motion of the target itself based on the speed estimated by the partial speed estimation unit for each of the plurality of portions.
The moving speed calculation unit calculates a moving speed due to the movement of the entire target based on the movement of the entire target separated by the movement separating unit.
上記部分速度推定部は、レンジ方向の距離に基づいて上記目標を上記複数の部分に分割し、
上記運動分離部は、上記複数の部分それぞれについて上記部分速度推定部が推定した移動速度を上記レンジ方向の距離の関数として近似する一次関数を算出し、
上記移動速度算出部は、上記運動分離部が算出した一次関数に基づいて、上記目標の中心である部分の移動速度を算出して、上記目標全体の運動による移動速度とする
ことを特徴とする。
The partial speed estimation unit divides the target into the plurality of parts based on the distance in the range direction,
The motion separation unit calculates a linear function that approximates the moving speed estimated by the partial speed estimation unit for each of the plurality of parts as a function of the distance in the range direction,
The moving speed calculating unit calculates a moving speed of a portion that is the center of the target based on the linear function calculated by the motion separating unit, and sets the moving speed by the movement of the entire target. .
上記運動推定装置は、更に、信号分割部を有し、
上記信号分割部は、上記合成開口レーダが出力した信号に基づくアジマス圧縮前の信号を上記レンジ方向の距離に基づいて複数の部分信号に分割し、
上記部分速度推定部は、上記信号分割部が分割した複数の部分信号それぞれに基づいて、上記部分信号に対応する上記目標の部分の移動速度を推定する
ことを特徴とする。
The motion estimation apparatus further includes a signal dividing unit,
The signal dividing unit divides the signal before azimuth compression based on the signal output from the synthetic aperture radar into a plurality of partial signals based on the distance in the range direction,
The partial speed estimation unit estimates a moving speed of the target portion corresponding to the partial signal based on each of the plurality of partial signals divided by the signal division unit.
上記移動速度算出部は、上記目標全体が高さ方向には移動していないと仮定して、上記目標全体の運動によるレンジ方向の移動速度を算出し、算出したレンジ方向の移動速度をグランドレンジ方向の移動速度に変換することを特徴とする。 The moving speed calculation unit calculates the moving speed in the range direction due to the movement of the entire target, assuming that the entire target does not move in the height direction, and calculates the moving speed in the range direction to the ground range. It is characterized by converting to a moving speed in the direction.
上記運動推定装置は、更に、角速度算出部を有し、
上記角速度算出部は、上記運動分離部が分離した上記目標自体の回転運動に基づいて、上記目標自体の回転運動による角速度を算出する
ことを特徴とする。
The motion estimation device further includes an angular velocity calculation unit,
The angular velocity calculation unit calculates an angular velocity due to the rotational motion of the target itself based on the rotational motion of the target itself separated by the motion separation unit.
上記角速度算出部は、上記複数の部分それぞれについて上記部分速度推定部が推定した移動速度と、上記目標全体の運動による移動速度との差の変化率に基づいて、上記目標自体の回転運動による角速度を算出することを特徴とする。 The angular velocity calculation unit is configured to determine an angular velocity due to the rotational motion of the target itself based on a change rate of a difference between the movement velocity estimated by the partial velocity estimation unit for each of the plurality of portions and the movement velocity due to the motion of the entire target. Is calculated.
この発明にかかる信号処理装置は、
上記運動推定装置と、
上記運動推定装置が推定した上記目標全体の運動による移動速度が、上記目標の速度であると仮定して、上記合成開口レーダが出力した信号に基づくアジマス圧縮前の信号をアジマス圧縮するアジマス圧縮部と
を有することを特徴とする。
The signal processing apparatus according to the present invention is:
The motion estimation device;
An azimuth compression unit that compresses a signal before azimuth compression based on a signal output from the synthetic aperture radar on the assumption that the moving speed of the entire target estimated by the motion estimation device is the target speed. It is characterized by having.
この発明にかかるコンピュータプログラムは、
コンピュータが実行することにより、上記運動推定装置または上記信号処理装置として上記コンピュータを機能させることを特徴とする。
The computer program according to the present invention is:
When executed by the computer, the computer functions as the motion estimation device or the signal processing device.
この発明にかかる運動推定方法は、
合成開口レーダが出力した信号に基づいて、上記合成開口レーダが観測した目標の運動を推定する運動推定方法において、
上記合成開口レーダが出力した信号に基づいて、上記合成開口レーダが観測した目標を分割した複数の部分それぞれについて、上記部分の移動速度を推定し、
上記複数の部分それぞれについて推定した速度に基づいて、上記目標全体の運動と、上記目標自体の回転運動とを分離し、
分離した上記目標全体の運動に基づいて、上記目標全体の運動による移動速度を算出する
ことを特徴とする。
The motion estimation method according to the present invention includes:
In the motion estimation method for estimating the motion of the target observed by the synthetic aperture radar based on the signal output by the synthetic aperture radar,
Based on the signal output by the synthetic aperture radar, for each of a plurality of portions obtained by dividing the target observed by the synthetic aperture radar, the moving speed of the portion is estimated,
Based on the speed estimated for each of the plurality of parts, the overall movement of the target and the rotational movement of the target itself are separated,
Based on the separated movement of the entire target, a moving speed due to the movement of the entire target is calculated.
目標全体の運動と、目標自体の回転運動とを分離して、目標全体の運動による移動速度を算出するので、目標自体が回転している場合でも、目標全体の移動速度を正しく推定することができる。 The movement speed of the entire target is separated from the rotational movement of the target itself, and the movement speed due to the movement of the entire target is calculated. it can.
実施の形態1.
実施の形態1について、図1〜図6を用いて説明する。
Embodiment 1 FIG.
The first embodiment will be described with reference to FIGS.
図1は、この実施の形態における合成開口レーダ観測システム10の全体構成の一例を示す構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram showing an example of the overall configuration of a synthetic aperture
合成開口レーダ観測システム10は、合成開口レーダ21を使って、目標70などを観測するシステムである。合成開口レーダ観測システム10は、例えば、観測衛星12と、信号処理装置13とを有する。
観測衛星12は、合成開口レーダ21を搭載している。観測衛星12は、プラットフォームの一例である。観測衛星12は、例えば、低軌道を周回している。観測衛星12は、速度76で移動している。観測衛星12が移動している方向を「アジマス方向」と呼ぶ。
合成開口レーダ21は、例えば地表へ向けて、マイクロ波などの電波をチャープ変調したパルス61を送信し、目標70などにパルス61が当たって反射した反射波62を受信する。合成開口レーダ21は、受信した反射波62の強度を表わす信号81を出力する。
The synthetic aperture
The
The
信号81において、パルス61の送信の一周期に相当する部分では、パルス61の送信から反射波62の受信までの遅延時間が、合成開口レーダ21から目標70までの距離(レンジ方向距離)を表わす。また、次のパルス61の送信時には、観測衛星12がアジマス方向に移動しているので、レンジ方向距離の変化から、アジマス方向における目標70の位置がわかる。信号81のうち、パルス61の送信の各周期から、パルス61の送信からの遅延時間が同じ部分を抜き出したものを「アジマスライン」と呼ぶ。アジマスラインには、同じレンジ方向距離にある目標70からの反射が含まれている。
In the portion of
信号処理装置13は、合成開口レーダ21が出力した信号を処理して、例えば、合成開口レーダ21によって観測された地表の画像を生成する。また、信号処理装置13は、合成開口レーダ21によって観測された目標70の移動速度や回転速度などの付加的な情報を出力する。なお、信号処理装置13は、観測衛星12に搭載されている構成であってもよい。
信号処理装置13は、例えば、レンジ圧縮部31と、第一アジマス圧縮部32と、目標抽出部33と、運動推定装置34と、第二アジマス圧縮部35と、画像生成部36と、付加情報生成部37とを有する。
The
For example, the
レンジ圧縮部31は、合成開口レーダ21から信号81を入力して、レンジ圧縮する。レンジ圧縮により、レンジ方向の分解能が高くなる。
第一アジマス圧縮部32は、レンジ圧縮部31がレンジ圧縮した信号82を入力して、アジマス圧縮する。第一アジマス圧縮部32は、目標70が静止しているものと仮定した参照信号を使って、アジマス圧縮をする。目標70が静止しているという仮定でアジマス圧縮をするので、目標70の移動速度71が遅いほど、アジマス方向の分解能が高くなる。
目標抽出部33は、第一アジマス圧縮部32がアジマス圧縮した信号83から、目標70からの反射である部分を抽出する。
The
The first
The
運動推定装置34は、目標抽出部33がどの部分を抽出したかを表わす信号84を入力する。運動推定装置34は、レンジ圧縮部31がレンジ圧縮した信号82のうち、目標抽出部33が抽出した部分に相当する信号82を入力する。運動推定装置34は、信号82に基づいて、目標70の移動速度71や回転速度を推定する。運動推定装置34は、例えば、目標70のアジマス方向速度72と、レンジ方向速度73と成分とする速度ベクトルを推定する。また、運動推定装置34は、例えば、アジマス方向を軸とする目標70の角速度や、高さ方向を軸とする目標70の角速度を推定する。
The
第二アジマス圧縮部35(アジマス圧縮部)は、目標抽出部33がどの部分を抽出したかを表わす信号84を入力する。第二アジマス圧縮部35は、運動推定装置34が推定した移動速度71や角速度を表わす信号85を入力する。第二アジマス圧縮部35は、レンジ圧縮部31がレンジ圧縮した信号82のうち、目標抽出部33が抽出した部分に相当する信号82を入力する。第二アジマス圧縮部35は、目標70が、運動推定装置34が推定した移動速度71で移動しているものと仮定した参照信号を使って、入力した信号82をアジマス圧縮する。
The second azimuth compression unit 35 (azimuth compression unit) receives a
画像生成部36は、第一アジマス圧縮部32がアジマス圧縮した信号83と、第二アジマス圧縮部35がアジマス圧縮した信号86とを入力して、画像を生成する。目標抽出部33が抽出した部分については、信号86を使い、それ以外の部分については、信号83を使うことにより、画像生成部36は、全体的に分解能が高く、鮮明な画像を生成する。
The
付加情報生成部37は、運動推定装置34が推定した移動速度71や角速度を表わす信号85を入力する。付加情報生成部37は、入力した信号85が表わす目標70の移動速度71や角速度を表わす情報を生成して、出力する。
The additional
なお、後述するように、運動推定装置34は、目標70の移動速度71を推定するため、信号82をアジマス圧縮する。したがって、運動推定装置34が、アジマス圧縮した信号86を出力する構成であってもよい。その場合、第二アジマス圧縮部35は、なくてもよい。
As will be described later, the
図2は、この実施の形態における信号処理装置13のハードウェア資源の一例を示すハードウェア構成図である。
FIG. 2 is a hardware configuration diagram illustrating an example of hardware resources of the
信号処理装置13は、例えば、処理装置91と、入力装置92と、出力装置93と、記憶装置94とを有する。
処理装置91は、記憶装置94が記憶したプログラム(コンピュータプログラム)を実行することにより、データを処理し、入力装置92や出力装置93を制御する。
記憶装置94は、処理装置91が実行するプログラムや、処理装置91が処理するデータを記憶する。記憶装置94は、例えば、半導体メモリ、磁気ディスク装置、光学ディスク装置などである。
入力装置92は、外部から信号を入力し、処理装置91が処理できるデータに変換する。入力装置92が変換したデータは、処理装置91が直接処理する構成であってもよいし、記憶装置94が一時的に記憶する構成であってもよい。入力装置92は、例えば、キーボード、マウス、カメラ、スキャナ、マイク、センサ、アナログデジタル変換回路、受信装置などである。
出力装置93は、処理装置91が処理したデータや、記憶装置94が記憶したデータを変換して外部に出力する。出力装置93は、例えば、画像表示装置、プリンタ、スピーカ、デジタルアナログ変換回路、送信装置などである。
The
The
The
The
The
運動推定装置34など信号処理装置13を構成するブロックは、記憶装置94が記憶したプログラムを処理装置91が実行することにより実現できる。なお、信号処理装置13を構成するブロックは、他の構成により実現してもよい。
The blocks constituting the
図3は、この実施の形態における運動推定装置34の機能ブロックの一例を示すブロック構成図である。
FIG. 3 is a block configuration diagram showing an example of functional blocks of the
運動推定装置34は、例えば、信号入力部41と、アジマスライン分割部42と、速度仮定部43と、相関度算出部44と、相関度最大速度判定部45と、近似直線算出部50と、中心判定部51と、移動速度算出部52と、角速度算出部53と、運動出力部54とを有する。
The
信号入力部41は、レンジ圧縮部31がレンジ圧縮したアジマス圧縮前の信号82と、目標抽出部33が出力した信号84とを入力する。信号入力部41は、信号84に基づいて、入力した信号82から、目標抽出部33が抽出した部分に相当する信号を切り出す。
目標70からの反射は、アジマス方向及びレンジ方向それぞれにおいて、ある程度の幅を持つ。信号入力部41は、信号82を、パルス61送信の周期ごとに分割し、アジマス方向距離がある範囲に入る複数の周期の信号を切り出す。更に、信号入力部41は、切り出したそれぞれの周期の信号のなかから、レンジ方向距離がある範囲に入る部分の信号を切り出す。
The
The reflection from the
アジマスライン分割部42は、信号入力部41が切り出した信号を、複数の部分(部分信号)に分割する。アジマスライン分割部42は、信号分割部の一例である。アジマスライン分割部42は、信号入力部41が切り出した信号を、アジマスラインに分割する。アジマスライン分割部42は、信号入力部41が切り出した信号を所定のサンプリング周期ごとに分割し、分割した信号をレンジ方向距離ごとに分類する。アジマスライン分割部42は、同じレンジ方向距離に分類された信号を一つにまとめて、一つのアジマスラインとする。信号入力部41が切り出したレンジ方向距離の範囲が、サンプリング周期のm倍に相当する場合、アジマスライン分割部42は、信号入力部41が切り出した信号を、m個のアジマスラインに分割する。
The azimuth
速度仮定部43は、目標70の速度として、あらかじめ定めた範囲内の複数の速度を仮定する。例えば、レンジ方向速度73の最大値をvr,max、刻み幅をΔvrに設定した場合、速度仮定部43は、−vr,max以上かつvr,max以下で、Δvrの整数倍であるvr(−vr,max≦vr≦vr,max、vr=kr・Δvr、krは整数。)を、目標70のレンジ方向速度73と仮定する。また、アジマス方向速度72の最大値をva,max、刻み幅をΔvaに設定した場合、速度仮定部43は、−va,max以上かつva,max以下で、Δvaの整数倍であるva(−va,max≦va≦va,max、va=ka・Δva、kは整数。)を、目標70のアジマス方向速度72と仮定する。目標70のレンジ方向速度73として仮定する速度vrが(2nr+1)個(ただし、nrは、vr,max/Δvrを超えない最大の整数。)、アジマス方向速度72として仮定する速度vaが(2na+1)個(ただし、naは、va,max/Δvaを超えない最大の整数。)あるので、速度仮定部43が目標70の移動速度71として仮定する速度vの数は、このすべての組み合わせである(2nr+1)×(2na+1)個になる。
The
相関度算出部44は、アジマスライン分割部42が分割したアジマスラインそれぞれを、速度仮定部43が仮定した速度それぞれに合致する参照信号を使って、アジマス圧縮する。アジマスライン分割部42が分割したアジマスラインがm個、速度仮定部43が仮定した速度がn個ある場合、相関度算出部44は、m×n回のアジマス圧縮をする。
相関度算出部44は、アジマス圧縮したそれぞれの信号において、振幅の最大値を算出する。相関度算出部44が算出した最大値を「速度相関度」と呼ぶ。速度仮定部43が仮定した速度がn個ある場合、相関度算出部44は、各アジマスラインについて、n個の速度相関度を算出する。アジマスライン分割部42が分割したアジマスラインがm個ある場合、相関度算出部44は、全部でm×n個の速度相関度を算出する。
The degree-of-
The correlation
相関度最大速度判定部45は、アジマスライン分割部42が分割したアジマスラインそれぞれについて、相関度算出部44が算出した速度相関度のなかから、最も大きい速度相関度を判定する。相関度最大速度判定部45は、部分速度推定部の一例である。相関度最大速度判定部45が判定した速度相関度を「最大相関度」と呼ぶ。
相関度最大速度判定部45は、アジマスライン分割部42が分割したアジマスラインそれぞれについて、速度仮定部43が仮定した速度のなかから、相関度算出部44が算出した速度相関度が最大相関度になる速度を判定する。相関度最大速度判定部45が判定した速度を「相関度最大速度」と呼ぶ。なお、相関度算出部44が算出する速度相関度は実数であるから、異なる速度について相関度算出部44が算出した速度相関度が完全に等しくなることはないと仮定する。すなわち、相関度最大速度は、一つのアジマスラインに対して一つに定まる。
アジマスライン分割部42が分割したアジマスラインがm個あるとすると、相関度最大速度判定部45は、m個の最大相関度と、m個の相関度最大速度とを判定する。
The correlation degree maximum
The correlation degree maximum
If there are m azimuth lines divided by the azimuth
それぞれのアジマスラインには、目標のうち、レンジ方向距離がほぼ等しい部分からの反射が含まれている。したがって、相関度最大速度判定部45が算出した相関度最大速度は、目標をレンジ方向距離に基づいて分割した各部分の速度を表わす。そこで、相関度最大速度を、そのアジマスラインについての「部分速度」とも呼ぶ。
Each azimuth line includes reflections from a portion of the target that has approximately the same range direction distance. Therefore, the maximum correlation degree speed calculated by the maximum correlation degree
近似直線算出部50は、アジマスライン分割部42が分割したアジマスラインそれぞれについて相関度最大速度判定部45が判定した部分速度を、そのアジマスラインに対応するレンジ方向距離の関数として近似する近似直線を算出する。例えば、近似直線算出部50は、近似直線を表わす一次関数の係数を算出する。近似直線算出部50は、運動分離部の一例である。
The approximate straight
中心判定部51は、アジマスライン分割部42が分割したアジマスラインそれぞれについて、相関度算出部44がアジマス圧縮したアジマス圧縮後の信号のうち、相関度最大速度判定部45が判定した相関度最大速度(部分速度)についての信号を取得する。中心判定部51は、取得した信号に基づいて、目標70の中心位置を判定する。例えば、中心判定部51は、レンジ方向において目標70からの反射が分布する範囲を算出し、算出した範囲の真ん中を、レンジ方向における目標70の中心位置とする。
For each azimuth line divided by the azimuth
移動速度算出部52は、近似直線算出部50が算出した直線に基づいて、目標70全体の移動速度を算出する。例えば、移動速度算出部52は、中心判定部51が判定した目標70のレンジ方向距離を、近似直線算出部50が算出した係数によって表わされる一次関数に代入して算出した速度を、目標70の移動速度とする。
The movement
角速度算出部53は、近似直線算出部50が算出した直線に基づいて、目標70自体の回転速度を算出する。例えば、角速度算出部53は、近似直線算出部50が算出した直線の傾きに基づいて、目標70の中心における速度と、目標70の中心からレンジ方向に所定の距離離れた位置における速度との差を算出し、算出した差に基づいて、目標70自体の回転速度を求める。
The angular
図4は、この実施の形態における運動推定装置34の動作原理を説明するための図である。
FIG. 4 is a diagram for explaining the operating principle of the
横軸gは、グランドレンジ方向を示す。縦軸zは、高さ方向を示す。アジマス方向は、紙面に対して垂直な方向である。目標70から見た天頂に対する合成開口レーダ21の方向、すなわち、合成開口レーダ21が送信するパルス61の入射角をθとする。軸rは、レンジ方向を示す。軸z’は、レンジ方向(およびアジマス方向)に対して垂直な方向を示す。
The horizontal axis g indicates the ground range direction. The vertical axis z indicates the height direction. The azimuth direction is a direction perpendicular to the paper surface. The direction of the
目標70の各部分のグランドレンジ−高さ平面内での移動速度vgzは、目標70全体のグランドレンジ方向への移動速度vgと、紙面に対して垂直な中心軸74を中心とする角速度ωgzの回転運動に起因する速度vzとの合成である。
ここで、角速度ωgzと、速度vzとの間には、vz=ωgz・Δg(ただし、Δgは、中心軸74からの距離を表わす。)という関係が成り立つ。
Ground range of each portion of the target 70 - Height moving speed in the plane v gz includes a moving velocity v g of the
Here, a relationship of v z = ω gz · Δg (where Δg represents a distance from the central axis 74) is established between the angular velocity ω gz and the velocity v z .
相関度最大速度判定部45が推定した部分速度のレンジ方向成分であるレンジ方向速度vrは、移動速度vgzのレンジ方向成分である。レンジ方向速度vrと、移動速度vg及び速度vzとの間には、vr=vg・sinθ−vz・cosθ(ただし、sinは、正弦関数を表わす。cosは、余弦関数を表わす。)という関係が成り立つ。
vz=ωgz・Δgだから、vr=vg・sinθ−ωgz・Δg・cosθである。
また、Δr=Δg・sinθ(ただし、Δrは、レンジ方向における中心軸74からの距離を表わす。)だから、vr=vg・sinθ−ωgz・Δr・cotθ(ただし、cotは、余接関数を表わす。)である。
すなわち、レンジ方向速度vrとレンジ方向距離rとの間には、直線L1:vr=a1・r+b1で表わされる関係がある。
実際には観測誤差の影響などがあるので、近似直線算出部50は、例えば最小二乗法などを用いて、直線L1を表わす一次関数a1・r+b1の係数a1,b1を算出する。
The range direction speed v r that is the range direction component of the partial speed estimated by the correlation degree maximum
Since v z = ω gz · Δg, v r = v g · sin θ−ω gz · Δg · cos θ.
Also, Δr = Δg · sin θ (where Δr represents the distance from the
That is, there is a relationship represented by the straight line L 1 : v r = a 1 · r + b 1 between the range direction velocity v r and the range direction distance r.
Since there is actually an influence of an observation error, the approximate
目標70全体のグランドレンジ方向の移動速度vgは、例えば、次のようにして算出する。
移動速度算出部52は、近似直線算出部50が算出した係数a1,b1の値と、中心軸74のレンジ方向距離r0とに基づいて、中心軸74におけるレンジ方向速度vroを算出する。移動速度算出部52は、係数a1とレンジ方向距離r0との積a1・r0に、係数b1を加えた値a1・r0+b1を算出して、レンジ方向速度vroとする。
中心軸74上ではΔr=0だから、vro=vg・sinθである。移動速度算出部52は、算出したレンジ方向速度vroと、入射角θとに基づいて、目標70全体のグランドレンジ方向の移動速度vgを算出する。移動速度算出部52は、入射角θの正弦sinθで、レンジ方向速度vroを割った商vro/sinθを算出して、目標70全体のグランドレンジ方向の移動速度vgとする。
Moving velocity v g of the
The moving
Since Δr = 0 on the
また、目標70自体のグランドレンジ−高さ平面内における角速度ωgzは、例えば、次のようにして算出する。
移動速度算出部52は、近似直線算出部50が算出した係数a1と、入射角θとに基づいて、角速度ωgzを算出する。移動速度算出部52は、入射角θの正接tanθと係数a1との積a1・tanθを算出し、正負符号を反転して、角速度ωgzとする。
Further, the angular velocity ω gz of the
The moving
図5は、この実施の形態における運動推定装置34の動作原理を説明するための図である。
FIG. 5 is a diagram for explaining the operating principle of the
横軸gは、グランドレンジ方向を示す。縦軸aは、アジマス方向を示す。高さ方向は、紙面に対して垂直な方向である。 The horizontal axis g indicates the ground range direction. The vertical axis a indicates the azimuth direction. The height direction is a direction perpendicular to the paper surface.
目標70の各部分の水平面内での移動速度vaωは、目標70全体のアジマス方向への移動速度vaoと、中心点75を通る紙面に対して垂直な軸を中心とする角速度ωgaの回転運動に起因する速度vωとの合成である。
相関度最大速度判定部45が推定した部分速度のアジマス方向成分であるアジマス方向速度vaは、移動速度vaωのアジマス方向成分である。アジマス方向速度vaと、移動速度vao及び速度vωとの間には、va=vao+vω・cosφという関係が成り立つ。
ここで、角速度ωgaと、速度vωとの間には、vω=ωga・Δg/cosφ(ただし、Δgは、グランドレンジ方向における中心点75からの距離を表わす。φは、中心点75から見たグランドレンジ方向に対する角度を表わす。)という関係が成り立つ。
The movement speed v aω in the horizontal plane of each part of the
Azimuth direction velocity v a is the azimuth direction component of the partial rate of correlation maximum
Here, the angular velocity omega ga, between the velocity v ω, v ω = ω ga · Δg / cosφ ( although, Delta] g is .Fai representing the distance from the
したがって、合成開口レーダ21による観測結果から推定されるアジマス方向速度vaと、移動速度vao及び角速度ωgaとの間には、va=vao+ωga・Δr/sinθ(ただし、Δrは、レンジ方向における中心点75からの距離を表わす。)という関係が成り立つ。この関係は、角度φに依存しない。
相関度最大速度判定部45は、アジマスラインに基づいて移動速度を推定するので、例えば、破線77で囲まれた領域内の部分を区別せずに、アジマス方向速度を算出する。レンジ方向距離が同じなら、中心点75との位置関係に関わらず、アジマス方向速度が同じなので、相関度最大速度判定部45が推定したアジマス方向速度が、破線77で囲まれた領域内のいずれの点のアジマス方向速度であるか、あるいは、複数の点のアジマス方向速度の平均であるかを、判別する必要はない。
Thus, the azimuth direction velocity v a is estimated from observations by the
Since the correlation degree maximum
アジマス方向速度vaとレンジ方向距離rとの間には、直線L2:va=a2・r+b2で表わされる関係がある。
実際には観測誤差の影響などがあるので、近似直線算出部50は、例えば最小二乗法などを用いて、直線L2を表わす一次関数a2・r+b2の係数a2,b2を算出する。
Between the azimuth direction velocity v a and range direction distance r linearly L 2: v relationship represented by a = a 2 · r + b 2.
Since there is actually an influence of an observation error, the approximate
目標70全体のアジマス方向の移動速度vaoは、例えば、次のようにして算出する。
移動速度算出部52は、近似直線算出部50が算出した係数a2,b2の値と、中心点75のレンジ方向距離r0とに基づいて、中心点75におけるアジマス方向速度を算出して、目標70全体のアジマス方向の移動速度vaoとする。移動速度算出部52は、係数a2とレンジ方向距離r0との積a2・r0に、係数b2を加えた値a2・r0+b2を算出して、アジマス方向速度vaoとする。
The moving speed vao in the azimuth direction of the
The moving
また、目標70自体の水平面内における角速度ωgaは、例えば、次のようにして算出する。
移動速度算出部52は、近似直線算出部50が算出した係数a2と、入射角θとに基づいて、角速度ωgaを算出する。移動速度算出部52は、入射角θの正弦sinθと係数a2との積a2・sinθを算出して、角速度ωgaとする。
Further, the angular velocity ωga in the horizontal plane of the
Moving
図6は、この実施の形態における運動推定処理S10の流れの一例を示すフロー図である。 FIG. 6 is a flowchart showing an example of the flow of the motion estimation process S10 in this embodiment.
運動推定処理S10において、運動推定装置34は、目標70全体の移動速度や目標70自体の角速度を推定する。運動推定処理S10は、例えば、アジマスライン選択工程S11と、最大相関度初期化工程S12と、仮定速度選択工程S13と、相関度算出工程S14と、近似直線算出工程S15と、中心判定工程S17と、移動速度算出工程S18と、角速度算出工程S19とを有する。
In the motion estimation process S10, the
運動推定装置34は、アジマスライン分割部42が分割したアジマスラインを一つずつ選択して、そのアジマスラインに対応する目標70の部分の速度を推定する。
The
アジマスライン選択工程S11において、アジマスライン分割部42は、分割した複数のアジマスラインのなかから、アジマスラインを一つ選択する。
すべてのアジマスラインが選択済であり、まだ選択してないアジマスラインが存在しない場合、アジマスライン分割部42は、近似直線算出工程S15へ処理を進める。
まだ選択していないアジマスラインが存在する場合、アジマスライン分割部42は、まだ選択していないアジマスラインのなかから、アジマスラインを一つ選択し、最大相関度初期化工程S12へ処理を進める。
In the azimuth line selection step S11, the azimuth
If all the azimuth lines have been selected and there is no azimuth line that has not been selected, the azimuth
If there is an azimuth line that has not yet been selected, the azimuth
最大相関度初期化工程S12において、相関度最大速度判定部45は、最大相関度と相関度最大速度とを初期化する。例えば、相関度最大速度判定部45は、最大相関度の初期値として、0を記憶する。
In the maximum correlation degree initialization step S12, the correlation degree maximum
運動推定装置34は、複数の速度のなかから速度を一つずつ選択して、選択した速度が、アジマスライン選択工程S11でアジマスライン分割部42が選択したアジマスラインに対応する目標70の部分の速度であると仮定して速度相関度を算出することにより、最大相関度と相関度最大速度とを求める。
The
仮定速度選択工程S13において、速度仮定部43は、あらかじめ定めた複数の速度のなかから、まだ選択していない速度を一つ選択する。
すべての速度が選択済であり、まだ選択していな速度がない場合、相関度最大速度判定部45は、記憶している相関度最大速度の暫定値を、アジマスライン選択工程S11でアジマスライン分割部42が選択したアジマスラインについての部分速度とする。アジマスライン分割部42は、アジマスライン選択工程S11へ処理を戻し、次のアジマスラインを選択する。
まだ選択していない速度がある場合、速度仮定部43は、まだ選択していない速度のなかから速度を一つ選択し、相関度算出工程S14へ処理を進める。
In the assumed speed selection step S13, the
When all the speeds have been selected and there is no speed that has not yet been selected, the correlation degree maximum
If there is a speed that has not yet been selected, the
相関度算出工程S14において、相関度算出部44は、仮定速度選択工程S13で速度仮定部43が選択した速度が、アジマスライン選択工程S11でアジマスライン分割部42が選択したアジマスラインに対応する目標70の部分の速度であると仮定して、参照信号を生成する。相関度算出部44は、生成した参照信号を使って、アジマスライン選択工程S11でアジマスライン分割部42が選択したアジマスラインをアジマス圧縮する。相関度算出部44は、アジマス圧縮したアジマス圧縮後の信号の振幅の最大値を、速度相関度とする。
相関度最大速度判定部45は、記憶している最大相関度と、相関度算出部44が算出した速度相関度とを比較する。相関度算出部44が算出した速度相関度のほうが大きい場合、相関度最大速度判定部45は、相関度算出部44が算出した速度相関度を、最大相関度として記憶する。相関度最大速度判定部45は、仮定速度選択工程S13で速度仮定部43が選択した速度を、相関度最大速度の暫定値として記憶する。
速度仮定部43は、仮定速度選択工程S13に処理を戻し、次の速度を選択する。
In the correlation calculation step S14, the
The correlation degree maximum
The
近似直線算出工程S15において、近似直線算出部50は、アジマスライン分割部42が分割したアジマスラインそれぞれについて相関度最大速度判定部45が算出した部分速度に基づいて、部分速度のレンジ方向成分をレンジ方向距離の関数として近似する直線L1と、部分速度のアジマス方向成分をレンジ方向距離の関数として近似する直線L2とを算出する。
In the approximate straight line calculation step S15, the approximate straight
中心判定工程S17において、中心判定部51は、目標70自体の回転の中心点75を判定する。中心判定部51は、中心軸74及び中心点75のレンジ方向距離を算出する。なお、中心軸74が中心点75を通るとすると、中心軸74のレンジ方向距離と、中心点75のレンジ方向距離とは同じである。
In the center determination step S17, the
移動速度算出工程S18において、移動速度算出部52は、近似直線算出工程S15で近似直線算出部50が算出した直線L1と、中心判定工程S17で中心判定部51が算出した中心軸74のレンジ方向距離とに基づいて、目標70全体のグランドレンジ方向速度vgを算出する。
移動速度算出部52は、近似直線算出工程S15で近似直線算出部50が算出した直線L2と、中心判定工程S17で中心判定部51が算出した中心点75のレンジ方向距離とに基づいて、目標70全体のアジマス方向速度vaoを算出する。
運動出力部54は、移動速度算出部52が算出したグランドレンジ方向速度vgと、アジマス方向速度vaoとを表わす信号を出力する。
In the moving velocity calculation step S18, the moving
Moving
The
角速度算出工程S19において、角速度算出部53は、近似直線算出工程S15で近似直線算出部50が算出した直線L1に基づいて、目標70自体のグランドレンジ−高さ平面内における角速度ωgzを算出する。
角速度算出部53は、近似直線算出工程S15で近似直線算出部50が算出した直線L2に基づいて、目標70自体の水平面内における角速度ωgaを算出する。
運動出力部54は、角速度算出部53が算出したグランドレンジ−高さ平面内における角速度ωgzと、水平面内における角速度ωgaとを表わす信号を出力する。
Calculating an angular velocity omega gz at the height plane - an angular velocity calculation step S19, the angular
Angular
The
このように、目標70全体の運動と、目標70自体の回転運動とを分離することにより、目標70全体の運動による移動速度を正しく推定することができる。
Thus, by separating the motion of the
目標70全体の移動速度を正しく推定できるので、合成開口レーダ21による観測結果に基づいて生成する画像の焦点合わせを自動化することができる。
Since the moving speed of the
目標70全体の移動速度を正しく推定できない場合、合成開口レーダ21による観測結果に基づいて生成する画像の焦点がぼけ、鮮明でない画像になる。その場合、例えば、生成された画像を人間が見て、鮮明であるか否かを判断し、鮮明でないと判断した場合、目標70の移動速度の推定をやり直しを指示するなど、人手による作業が必要になる。
When the moving speed of the
信号処理装置13は、運動推定装置34が目標70全体の移動速度を正しく推定するので、人手による作業の必要がなく、機械的・自動的に、鮮明な画像を生成することができる。
Since the
なお、アジマスライン分割部42がアジマス圧縮前の信号82を分割する方式は、アジマスラインに分割する方式に限らず、他の方式であってもよい。しかし、アジマスライン分割部42は、アジマス方向に長く、レンジ方向に短く分割することが望ましい。
なぜなら、目標70自体が水平面内で回転運動している場合、アジマス方向速度は、アジマス方向距離にかかわらず、レンジ方向距離によって定まる。また、目標70自体がグランドレンジ−高さ面内で回転運動している場合、レンジ方向速度は、アジマス方向距離にかかわらず、レンジ方向距離によって定まる。
したがって、アジマス方向に長く、レンジ方向に短く分割すれば、分割されたそれぞれの信号に含まれる目標70の部分の速度のばらつきが小さくなり、推定精度が高くなる。
The method in which the azimuth
This is because when the
Therefore, if the division is made long in the azimuth direction and short in the range direction, the variation in the speed of the portion of the
また、目標70全体の運動と、目標70自体の回転運動とを分離することにより、目標70全体の運動による移動速度だけでなく、目標70自体の回転運動による角速度も、正しく推定することができる。
Further, by separating the motion of the
目標70自体の回転運動による角速度は、例えば、次のように利用することができる。
The angular velocity due to the rotational motion of the
目標70の進行方向の予測。目標70自体の水平面内での回転は、しばしば目標70の旋回を意味する。したがって、目標70自体の水平面内での回転がわかれば、目標70の進行方向の変化を予測することができる。
Prediction of the direction of travel of the
目標70の質量の推定。目標70自体の垂直面内での回転は、しばしば目標70が振れていることを意味する。目標70の垂直面内での角速度が大きければ、振動の周波数が高く、目標70が軽いと推定できる。逆に、目標70の垂直面内での角速度が小さければ、振動の周波数が低く、目標70が重いと推定できる。これにより、例えば、目標70が空荷状態なのか、満積載状態なのかを判別できる。
Estimation of
この実施の形態における信号処理装置は、リフォーカスISAR(逆合成開口レーダ)を用いてアジマスラインごとに目標の速度ベクトルを抽出し、目標の回転運動を推定する。
目標の水平面内(ヨー方向)の角速度は、アジマス方向の速度ベクトルを組み合わせることによって推定する。また、目標のグランドレンジ−高さ平面内(ピッチ方向またはロール方向)の角速度は、レンジ方向の速度ベクトルを組み合わせることによって推定する。さらに、角速度抽出時の近似直線を用いることによって、目標の高精度な速度を推定する。
The signal processing apparatus in this embodiment uses a refocus ISAR (Inverse Synthetic Aperture Radar) to extract a target velocity vector for each azimuth line and estimate a target rotational motion.
The angular velocity in the target horizontal plane (yaw direction) is estimated by combining the velocity vectors in the azimuth direction. Further, the angular velocity in the target ground range-height plane (pitch direction or roll direction) is estimated by combining speed vectors in the range direction. Furthermore, the target highly accurate speed is estimated by using the approximate straight line at the time of angular speed extraction.
回転運動及び目標の高精度な速度を推定することができるので、移動体の詳細な解析をすることができる。 Since it is possible to estimate the rotational motion and the highly accurate speed of the target, it is possible to perform a detailed analysis of the moving body.
実施の形態2.
実施の形態2について、図7〜図8を用いて説明する。
なお、実施の形態1と共通する部分については、同一の符号を付し、説明を省略する。
Embodiment 2. FIG.
The second embodiment will be described with reference to FIGS.
In addition, about the part which is common in Embodiment 1, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
図7は、この実施の形態における運動推定装置34の機能ブロックの一例を示すブロック構成図である。
FIG. 7 is a block configuration diagram showing an example of functional blocks of the
運動推定装置34は、実施の形態1で説明した近似直線算出部50の代わりに、回転算出部49を有する。
The
回転算出部49は、目標70の回転運動の回転軸と角速度とを算出する。なお、回転算出部49が算出する目標70の回転運動は、目標70自体の回転運動だけでなく、目標70全体の運動も含めたものである。
The
例えば、回転算出部49は、レンジ方向軸rと、アジマス方向軸aと、レンジ方向軸及びアジマス方向軸の双方と直交する軸z’とからなる三次元座標空間において、目標70の回転運動の回転軸を、回転軸の方向を表わす単位ベクトル(qr,qa,qz’)と、回転軸上で原点に最も近い位置の座標(rx,ax,z’x)とを用いて表現する。定義より、次の式が成り立つ。
For example, the
qr 2+qa 2+qz’ 2=1
qr・rx+qa・ax+qz’・z’x=0
q r 2 + q a 2 + q z ′ 2 = 1
q r · r x + q a · a x + q z '· z' x = 0
未知数は、角速度ωを入れて7つあり、自由度は5である。 There are seven unknowns including the angular velocity ω, and the degree of freedom is five.
座標(r,a,z’)の点のt秒後の位置は、次の式で表わすことができる。
P(t)をtで微分して、t=0を代入することにより、t=0における座標(r,a,z’)の点の移動速度(vr,va,vz’)を求めることができる。これより、次の式が成り立つ。
回転算出部49は、アジマスライン分割部42が分割したアジマスラインそれぞれについて、そのアジマスラインに対応するレンジ方向距離rを算出する。
また、回転算出部49は、相関度算出部44がアジマス圧縮した複数のアジマス圧縮後の信号のうち、相関度最大速度判定部45が判定した相関度最大速度(部分速度)についての信号において、速度相関度が最大になる位置を判定し、その位置に対応するアジマス方向距離aを算出する。アジマス方向距離aは、そのアジマスラインについて速度相関度が最大になる速度に基づく参照信号を使ってアジマス圧縮したアジマス圧縮後の信号において、振幅が最大になる点のアジマス方向の位置である。
z’軸方向の距離z’は、算出できないので、未知数とする。回転算出部49は、レンジ方向速度vr及びアジマス方向速度vaに、相関度最大速度判定部45が判定した部分速度を使う。しかし、z’軸方向の速度vz’は、未知である。
したがって、アジマスライン1つにつき、vr及びvaについての式が立ち、z’が未知数に追加される。vz’についての式は、使わない。すなわち、アジマスラインが1つ増えるごとに、方程式が2つ増え、未知数が1つ増える。
The
Further, the
The distance z ′ in the z′-axis direction cannot be calculated and is therefore unknown.
Therefore, for each azimuth line, equations for v r and v a are established and z ′ is added to the unknown. The formula for v z ′ is not used. That is, every time the azimuth line increases by one, the number of equations increases by two and the number of unknowns increases by one.
したがって、アジマスライン分割部42が分割したアジマスラインが5つあれば、方程式の数が12、未知数の数も12で等しくなるので、連立方程式を解くことにより、未知数をすべて求めることができる。しかし、アジマスライン分割部42が分割したアジマスラインは、通常6つ以上あり、解が存在しない可能性がある。そこで、回転算出部49は、例えば、最小二乗法を使って未知数を求める。
例えば、回転算出部49は、各点のレンジ方向速度vr及びアジマス方向速度vaの誤差の二乗和が最小になるよう、回転軸及び角速度及び各点のz’軸座標を算出する。
Therefore, if there are five azimuth lines divided by the azimuth
For example, the
中心判定部51は、回転算出部49が算出した各点の座標に基づいて、目標70の中心点を判定する。例えば、中心判定部51は、各点の座標を平均した点を、目標70の中心点とする。
The
移動速度算出部52は、回転算出部49が算出した回転運動と、中心判定部51が算出した中心点とに基づいて、目標70全体の移動速度を算出する。例えば、移動速度算出部52は、目標70の中心点の移動速度を算出して、目標70全体の移動速度とする。
The movement
角速度算出部53は、回転算出部49が算出した回転運動に基づいて、所定の平面内における目標70自体の回転運動を算出する。例えば、角速度算出部53は、回転算出部49が算出した回転運動を、目標70の水平面内における角速度や、グランドレンジ−高さ平面内における角速度や、アジマス−高さ平面内における角速度に変換する。
The angular
図8は、この実施の形態における運動推定処理S10の流れの一例を示すフロー図である。 FIG. 8 is a flowchart showing an example of the flow of the motion estimation process S10 in this embodiment.
運動推定処理S10は、実施の形態1で説明した工程のうち、近似直線算出工程S15を有さず、その代わりとして、回転算出工程S16を有する。なお、実施の形態1で説明した工程と同様の工程については、説明を省略する。 The motion estimation process S10 does not include the approximate straight line calculation step S15 among the steps described in the first embodiment, but includes a rotation calculation step S16 instead. Note that description of steps similar to those described in Embodiment 1 is omitted.
最大相関度初期化工程S12において、回転算出部49は、アジマスライン選択工程S11でアジマスライン分割部42が選択したアジマスラインに対応する点のレンジ方向距離とアジマス方向距離とを初期化する。例えば、回転算出部49は、そのアジマスラインのレンジ方向距離を算出して、そのアジマスラインに対応する点のレンジ方向距離として記憶する。
In the maximum correlation degree initialization step S12, the
相関度算出工程S14において、暫定的に記憶している最大相関度よりも速度相関度のほうが大きい場合、回転算出部49は、相関度算出部44がアジマス圧縮したアジマス圧縮後の信号の振幅が最大になる位置に対応するアジマス方向距離を算出する。回転算出部49は、算出したアジマス方向距離を、そのアジマスラインに対応する点のアジマス方向距離として記憶する。
In the correlation calculation step S14, when the velocity correlation is larger than the temporarily stored maximum correlation, the
回転算出工程S16において、回転算出部49は、それぞれのアジマスラインについて、相関度最大速度判定部45が算出した部分速度を、そのアジマスラインに対応する点の移動速度であるとみなし、目標70の回転運動を算出する。
In the rotation calculation step S <b> 16, the
中心判定工程S17において、中心判定部51は、回転算出工程S16で回転算出部49が算出した回転運動に基づいて、目標70自体の回転運動の中心点を判定する。
In the center determination step S17, the
このように、目標70が剛体であると仮定して、目標70の各点の位置及び速度から、目標70の回転運動を推定する。これにより、目標70の高さや高さ方向の移動速度が不明である場合も、目標70の移動速度や角速度を正しく推定することができる。
Thus, assuming that the
なお、回転算出部49は、各点に重み付けをして、最小二乗法により、目標70の回転運動を算出する構成であってもよい。例えば、回転算出部49は、それぞれのアジマスラインの最大相関度をそのアジマスラインから抽出した点の重みwとする。回転算出部49は、各点のレンジ方向速度vr及びアジマス方向速度vaの誤差の二乗に重みwを乗じた積の総和が最小になるよう、回転軸及び角速度及び各点のz’座標を算出する。
The
また、一つのアジマスラインに信号のピークが複数ある場合、回転算出部49は、アジマス圧縮後の信号の振幅が最大になる位置に対応する点の位置(アジマス方向距離)だけでなく、すべてのピークに対応する点の位置を算出する構成であってもよい。その場合、相関度算出部44は、例えば、一つのアジマスラインについて一つの相関度最大速度を算出するのではなく、それぞれのピークについて、そのピークが最大になる速度を算出する。回転算出部49は、それぞれのピークについて相関度算出部44が算出した速度を、その点の速度として、目標70の回転運動の回転軸や角速度を算出する。
In addition, when there are a plurality of signal peaks in one azimuth line, the
以上、各実施の形態で説明した構成は、一例であり、他の構成であってもよい。例えば、異なる実施の形態で説明した構成を組み合わせた構成であってもよいし、本質的でない部分の構成を、他の構成で置き換えた構成であってもよい。 As described above, the configuration described in each embodiment is an example, and another configuration may be used. For example, the structure which combined the structure demonstrated in different embodiment may be sufficient, and the structure which replaced the structure of the non-essential part with the other structure may be sufficient.
以上説明した運動推定装置(34)は、部分速度推定部(相関度最大速度判定部45)と、運動分離部(近似直線算出部50)と、移動速度算出部(52)とを有する。
上記部分速度推定部は、合成開口レーダ(21)が出力した信号(81)に基づいて、上記合成開口レーダが観測した目標(70)を分割した複数の部分それぞれについて、上記部分の移動速度を推定する。
上記運動分離部は、上記複数の部分それぞれについて上記部分速度推定部が推定した速度に基づいて、上記目標全体の運動と、上記目標自体の回転運動とを分離する。
上記移動速度算出部は、上記運動分離部が分離した上記目標全体の運動に基づいて、上記目標全体の運動による移動速度を算出する。
The motion estimation device (34) described above includes a partial speed estimation unit (maximum correlation degree speed determination unit 45), a motion separation unit (approximate straight line calculation unit 50), and a movement speed calculation unit (52).
The partial velocity estimation unit calculates the moving speed of the portion for each of a plurality of portions obtained by dividing the target (70) observed by the synthetic aperture radar based on the signal (81) output by the synthetic aperture radar (21). presume.
The motion separation unit separates the motion of the entire target and the rotational motion of the target itself based on the speed estimated by the partial speed estimation unit for each of the plurality of portions.
The movement speed calculation unit calculates a movement speed due to the movement of the entire target based on the movement of the entire target separated by the movement separation unit.
目標全体の運動と、目標自体の回転運動とを分離して、目標全体の運動による移動速度を算出するので、目標自体が回転している場合でも、目標全体の移動速度を正しく推定することができる。 The movement speed of the entire target is separated from the rotational movement of the target itself, and the movement speed due to the movement of the entire target is calculated. it can.
上記部分速度推定部(45)は、レンジ方向の距離に基づいて上記目標(70)を上記複数の部分に分割する。
上記運動分離部(50)は、上記複数の部分それぞれについて上記部分速度推定部が推定した移動速度を上記レンジ方向の距離の関数として近似する一次関数を算出する。
上記移動速度算出部(52)は、上記運動分離部が算出した一次関数に基づいて、上記目標(70)の中心である部分の移動速度を算出して、上記目標全体の運動による移動速度とする。
The partial speed estimation unit (45) divides the target (70) into the plurality of parts based on the distance in the range direction.
The motion separation unit (50) calculates a linear function that approximates the moving speed estimated by the partial speed estimation unit for each of the plurality of parts as a function of the distance in the range direction.
The moving speed calculation unit (52) calculates a moving speed of a portion that is the center of the target (70) based on the linear function calculated by the motion separating unit, To do.
移動速度をレンジ方向の距離の関数として一次関数で近似することにより、目標全体の運動は定数項に反映され、目標自体の回転運動は一次の項の係数に反映される。これにより、目標全体の運動と目標自体の回転運動とを分離することができる。 By approximating the moving speed with a linear function as a function of the distance in the range direction, the motion of the entire target is reflected in the constant term, and the rotational motion of the target itself is reflected in the coefficient of the primary term. Thereby, the motion of the whole target and the rotational motion of the target itself can be separated.
上記運動推定装置(34)は、更に、信号分割部(アジマスライン分割部42)を有する。
上記信号分割部は、上記合成開口レーダ(21)が出力した信号(81)に基づくアジマス圧縮前の信号(82)を上記レンジ方向の距離に基づいて複数の部分信号(アジマスライン)に分割する。
上記部分速度推定部(45)は、上記信号分割部が分割した複数の部分信号それぞれに基づいて、上記部分信号に対応する上記目標(70)の部分の移動速度を推定する。
The motion estimation device (34) further includes a signal dividing unit (azimuth line dividing unit 42).
The signal dividing unit divides the signal (82) before azimuth compression based on the signal (81) output from the synthetic aperture radar (21) into a plurality of partial signals (azimuth lines) based on the distance in the range direction. .
The partial speed estimation unit (45) estimates the moving speed of the part of the target (70) corresponding to the partial signal based on each of the plurality of partial signals divided by the signal division unit.
アジマス圧縮前の信号をレンジ方向の距離に基づいて分割することにより、部分信号に反射が含まれる目標の部分が、レンジ方向の距離に基づいて分割される。これにより、目標の部分の速度のばらつきが小さくなり、目標全体の移動速度や目標自体の角速度の推定精度が高くなる。 By dividing the signal before azimuth compression based on the distance in the range direction, the target portion whose reflection is included in the partial signal is divided based on the distance in the range direction. Thereby, the variation in the speed of the target portion is reduced, and the estimation accuracy of the moving speed of the entire target and the angular speed of the target itself is increased.
上記移動速度算出部(52)は、上記目標(70)全体が高さ方向には移動していないと仮定して、上記目標全体の運動によるレンジ方向の移動速度を算出し、算出したレンジ方向の移動速度をグランドレンジ方向の移動速度に変換する。 The moving speed calculation unit (52) calculates the moving speed in the range direction due to the movement of the entire target, assuming that the entire target (70) does not move in the height direction, and calculates the calculated range direction. The movement speed of is converted to the movement speed in the ground range direction.
これにより、例えば海上を航行する船舶や、勾配の小さい道路を走行する車両などの移動速度を精度よく推定することができる。 Thereby, for example, it is possible to accurately estimate the moving speed of a ship that navigates the sea, a vehicle that travels on a road with a small gradient, and the like.
上記運動推定装置(34)は、更に、角速度算出部(53)を有する。
上記角速度算出部は、上記運動分離部(50)が分離した上記目標(70)自体の回転運動に基づいて、上記目標自体の回転運動による角速度を算出する。
The motion estimation device (34) further includes an angular velocity calculation unit (53).
The angular velocity calculation unit calculates an angular velocity due to the rotational motion of the target itself based on the rotational motion of the target (70) itself separated by the motion separation unit (50).
これにより、目標の進行方向を予測したり、目標の質量を推定したりすることができる。 Thereby, the advancing direction of a target can be estimated or the mass of a target can be estimated.
上記角速度算出部(53)は、上記複数の部分それぞれについて上記部分速度推定部(45)が推定した移動速度と、上記目標(70)全体の運動による移動速度との差の変化率に基づいて、上記目標自体の回転運動による角速度を算出する。 The angular velocity calculation unit (53) is based on a change rate of a difference between the movement velocity estimated by the partial velocity estimation unit (45) for each of the plurality of portions and the movement velocity due to the movement of the entire target (70). The angular velocity due to the rotational motion of the target itself is calculated.
これにより、目標自体の回転運動による角速度を精度よく算出することができる。 Thereby, the angular velocity by the rotational motion of the target itself can be calculated with high accuracy.
以上説明した信号処理装置(13)は、
上記運動推定装置(34)と、
上記運動推定装置が推定した上記目標(70)全体の運動による移動速度が、上記目標の速度であると仮定して、上記合成開口レーダ(21)が出力した信号(81)に基づくアジマス圧縮前の信号(82)をアジマス圧縮するアジマス圧縮部(第二アジマス圧縮部35)とを有する。
The signal processing device (13) described above is
The motion estimation device (34);
Assuming that the moving speed of the entire target (70) estimated by the motion estimation device is the target speed, before the azimuth compression based on the signal (81) output by the synthetic aperture radar (21). The azimuth compression part (second azimuth compression part 35) which compresses the signal (82) of azimuth.
運動推定装置が目標の移動速度を正確に推定するので、アジマス方向の分解能を高くすることができる。 Since the motion estimation device accurately estimates the target moving speed, the resolution in the azimuth direction can be increased.
なお、この発明は、対象(合成開口レーダ)の物理的性質又は技術的性質に基づく情報処理を具体的に行うものであるから、自然法則を利用した技術的思想の創作である。 Since the present invention specifically performs information processing based on the physical property or technical property of the target (synthetic aperture radar), it is a creation of a technical idea utilizing the laws of nature.
10 合成開口レーダ観測システム、12 観測衛星、13 信号処理装置、21 合成開口レーダ、31 レンジ圧縮部、32 第一アジマス圧縮部、33 目標抽出部、34 運動推定装置、35 第二アジマス圧縮部、36 画像生成部、37 付加情報生成部、41 信号入力部、42 アジマスライン分割部、43 速度仮定部、44 相関度算出部、45 相関度最大速度判定部、49 回転算出部、50 近似直線算出部、51 中心判定部、52 移動速度算出部、53 角速度算出部、54 運動出力部、61 パルス、62 反射波、70 目標、71 移動速度、72 アジマス方向速度、73 レンジ方向速度、74 中心軸、75 中心点、76 速度、77 破線、81〜86 信号、91 処理装置、92 入力装置、93 出力装置、94 記憶装置、S10 運動推定処理、S11 アジマスライン選択工程、S12 最大相関度初期化工程、S13 仮定速度選択工程、S14 相関度算出工程、S15 近似直線算出工程、S16 回転算出工程、S17 中心判定工程、S18 移動速度算出工程、S19 角速度算出工程。
DESCRIPTION OF
Claims (9)
上記部分速度推定部は、合成開口レーダが出力した信号に基づいて、上記合成開口レーダが観測した目標を分割した複数の部分それぞれについて、上記部分の移動速度を推定し、
上記運動分離部は、上記複数の部分それぞれについて上記部分速度推定部が推定した速度に基づいて、上記目標全体の運動と、上記目標自体の回転運動とを分離し、
上記移動速度算出部は、上記運動分離部が分離した上記目標全体の運動に基づいて、上記目標全体の運動による移動速度を算出する
ことを特徴とする運動推定装置。 A partial speed estimation unit, a motion separation unit, and a movement speed calculation unit;
The partial velocity estimation unit estimates the moving speed of the portion for each of a plurality of portions obtained by dividing the target observed by the synthetic aperture radar based on the signal output by the synthetic aperture radar,
The motion separation unit separates the motion of the entire target and the rotational motion of the target itself based on the speed estimated by the partial speed estimation unit for each of the plurality of portions.
The movement estimation device, wherein the movement speed calculation unit calculates a movement speed due to the movement of the entire target based on the movement of the entire target separated by the movement separation unit.
上記運動分離部は、上記複数の部分それぞれについて上記部分速度推定部が推定した移動速度を上記レンジ方向の距離の関数として近似する一次関数を算出し、
上記移動速度算出部は、上記運動分離部が算出した一次関数に基づいて、上記目標の中心である部分の移動速度を算出して、上記目標全体の運動による移動速度とする
ことを特徴とする請求項1に記載の運動推定装置。 The partial speed estimation unit divides the target into the plurality of parts based on the distance in the range direction,
The motion separation unit calculates a linear function that approximates the moving speed estimated by the partial speed estimation unit for each of the plurality of parts as a function of the distance in the range direction,
The moving speed calculating unit calculates a moving speed of a portion that is the center of the target based on the linear function calculated by the motion separating unit, and sets the moving speed by the movement of the entire target. The motion estimation apparatus according to claim 1.
上記信号分割部は、上記合成開口レーダが出力した信号に基づくアジマス圧縮前の信号を上記レンジ方向の距離に基づいて複数の部分信号に分割し、
上記部分速度推定部は、上記信号分割部が分割した複数の部分信号それぞれに基づいて、上記部分信号に対応する上記目標の部分の移動速度を推定する
ことを特徴とする請求項2に記載の運動推定装置。 The motion estimation apparatus further includes a signal dividing unit,
The signal dividing unit divides the signal before azimuth compression based on the signal output from the synthetic aperture radar into a plurality of partial signals based on the distance in the range direction,
The said partial speed estimation part estimates the moving speed of the said target part corresponding to the said partial signal based on each of the some partial signal which the said signal division part divided | segmented, The Claim 2 characterized by the above-mentioned. Motion estimation device.
上記角速度算出部は、上記運動分離部が分離した上記目標自体の回転運動に基づいて、上記目標自体の回転運動による角速度を算出する
ことを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の運動推定装置。 The motion estimation device further includes an angular velocity calculation unit,
The angular velocity calculation unit calculates an angular velocity due to the rotational motion of the target itself based on the rotational motion of the target itself separated by the motion separation unit. The motion estimation apparatus described.
上記運動推定装置が推定した上記目標全体の運動による移動速度が、上記目標の速度であると仮定して、上記合成開口レーダが出力した信号に基づくアジマス圧縮前の信号をアジマス圧縮するアジマス圧縮部と
を有することを特徴とする信号処理装置。 The motion estimation device according to any one of claims 1 to 6,
An azimuth compression unit that compresses a signal before azimuth compression based on a signal output from the synthetic aperture radar on the assumption that the moving speed of the entire target estimated by the motion estimation device is the target speed. And a signal processing device.
上記合成開口レーダが出力した信号に基づいて、上記合成開口レーダが観測した目標を分割した複数の部分それぞれについて、上記部分の移動速度を推定し、
上記複数の部分それぞれについて推定した速度に基づいて、上記目標全体の運動と、上記目標自体の回転運動とを分離し、
分離した上記目標全体の運動に基づいて、上記目標全体の運動による移動速度を算出する
ことを特徴とする運動推定方法。 In the motion estimation method for estimating the motion of the target observed by the synthetic aperture radar based on the signal output by the synthetic aperture radar,
Based on the signal output by the synthetic aperture radar, for each of a plurality of portions obtained by dividing the target observed by the synthetic aperture radar, the moving speed of the portion is estimated,
Based on the speed estimated for each of the plurality of parts, the overall movement of the target and the rotational movement of the target itself are separated,
A motion estimation method, wherein a movement speed due to the motion of the entire target is calculated based on the separated motion of the entire target.
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