JP2014119344A - Synthetic aperture radar device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、移動している目標を検出する合成開口レーダ装置に関するものである。 The present invention relates to a synthetic aperture radar device that detects a moving target.
合成開口レーダ(SAR:Synthetic Aperture Radar)装置の機能の一つに、移動している目標の検出(MTI:Moving Target Indicator)がある。
MTIは、複数の受信アンテナを備えている合成開口レーダ装置において、各々の受信アンテナの受信信号から取得された画像間の差分画像(DPCA(Displaced Phase Center Antenna)画像)や、干渉画像(ATI(Along Track Interferometry)画像)の位相マップを算出することで行なわれる。
One of the functions of a Synthetic Aperture Radar (SAR) device is a moving target indicator (MTI).
In a synthetic aperture radar apparatus having a plurality of receiving antennas, MTI is a difference image (DPCA (Displaced Phase Center Antenna) image) or an interference image (ATI (ATI)) between images acquired from received signals of each receiving antenna. This is done by calculating the phase map of the Along Track Interferometry) image).
MTIの性能を決定する要因の一つが送受信アンテナの位相中心の間隔である。
送受信アンテナの位相中心の間隔が広ければ、低速移動している目標の速度の推定範囲が狭くなるが、低速移動している目標の検出が容易になる。
したがって、低速移動している目標の検出精度を高めるには、アンテナの位相中心の間隔を拡大させる必要があるが、そのためには、アンテナの開口面、もしくは、アンテナの設置間隔を増大させる必要があり、特にハードウエアに対する制約が多い衛星搭載SARでは実現が難しい。
One factor that determines the performance of MTI is the interval between the phase centers of the transmitting and receiving antennas.
If the interval between the phase centers of the transmission / reception antennas is wide, the estimation range of the speed of the target moving at low speed becomes narrow, but detection of the target moving at low speed becomes easy.
Therefore, in order to increase the detection accuracy of a target moving at a low speed, it is necessary to increase the interval between the phase centers of the antennas. For this purpose, it is necessary to increase the antenna opening surface or the antenna installation interval. In particular, it is difficult to realize in a satellite-mounted SAR with many restrictions on hardware.
この制約を緩和する手段として、MIMO(Multiple−Input Multiple−Output)という技術がある。
MIMOでは、送信アンテナの数を複数にすることで、受信アンテナの物理的な間隔を広げることなく、送受信アンテナの位相中心の間隔を広げて、SAR−MTIにおける低速移動の目標の検出を可能にしている。
以下の非特許文献1に開示されている合成開口レーダ装置では、符号分割を用いることで、送信アンテナ間のパルスの分離を行なって、合成開口レーダのMIMO化を実現している。
As means for relaxing this restriction, there is a technique called MIMO (Multiple-Input Multiple-Output).
In MIMO, by increasing the number of transmission antennas, the interval between the phase centers of the transmission and reception antennas is expanded without increasing the physical interval between the reception antennas, thereby enabling detection of a target of low-speed movement in the SAR-MTI. ing.
In the synthetic aperture radar device disclosed in
従来の合成開口レーダ装置は以上のように構成されているので、符号分割を用いることで、送信アンテナ間のパルスの分離を行なって、合成開口レーダのMIMO化を実現している。しかし、符号分割を用いることで、送信アンテナ間のパルスの分離を行う場合、符号の非直交成分が発生するため、再生画像の画質が劣化してしまう課題があった。 Since the conventional synthetic aperture radar apparatus is configured as described above, by using code division, pulses between transmission antennas are separated to realize MIMO of the synthetic aperture radar. However, when code division is used to separate pulses between transmitting antennas, a non-orthogonal component of the code is generated, which causes a problem that the quality of a reproduced image is deteriorated.
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、再生画像の画質を高めて、移動している目標の検出精度を高めることができる合成開口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, and an object of the present invention is to provide a synthetic aperture radar device that can improve the image quality of a reproduced image and increase the detection accuracy of a moving target. .
この発明に係る合成開口レーダ装置は、送信信号を空間に放射する複数の送信アンテナと、送信アンテナから空間に放射された後、目標に散乱されて戻ってくる上記送信信号の散乱波を受信する複数の受信アンテナと、複数の送信アンテナから放射される送信信号を生成する送信処理手段と、複数の受信アンテナの受信信号から所望の信号成分をそれぞれ抽出して、所望の信号成分から画像を再生し、複数の再生画像から目標を検出する受信処理手段とを備え、送信処理手段が、複数の送信アンテナから放射される送信信号の中で、基準となる送信信号以外の送信信号に対して、受信アンテナの受信信号のドップラ帯域幅より大きなドップラシフト量を与えるようにしたものである。 A synthetic aperture radar device according to the present invention receives a plurality of transmission antennas that radiate a transmission signal to space, and a scattered wave of the transmission signal that is radiated from the transmission antenna to space and then scattered and returned to the target. Multiple reception antennas, transmission processing means for generating transmission signals radiated from the multiple transmission antennas, and extraction of desired signal components from the reception signals of the multiple reception antennas, respectively, and reproduction of images from the desired signal components Receiving processing means for detecting a target from a plurality of reproduced images, the transmission processing means for transmission signals other than the reference transmission signal among the transmission signals radiated from the plurality of transmission antennas, A Doppler shift amount larger than the Doppler bandwidth of the received signal of the receiving antenna is given.
この発明によれば、送信処理手段が、複数の送信アンテナから放射される送信信号の中で、基準となる送信信号以外の送信信号に対して、受信アンテナの受信信号のドップラ帯域幅より大きなドップラシフト量を与えるように構成したので、再生画像の画質を高めて、移動している目標の検出精度を高めることができる効果がある。 According to the present invention, the transmission processing means has a Doppler larger than the Doppler bandwidth of the reception signal of the reception antenna with respect to the transmission signals other than the reference transmission signal among the transmission signals radiated from the plurality of transmission antennas. Since the shift amount is provided, there is an effect that the quality of the reproduced image can be improved and the detection accuracy of the moving target can be improved.
実施の形態1.
この実施の形態1では、2×2MIMO構成のモノスタティックで、ストリップマップ観測を行う合成開口レーダ装置について説明する。
図1はこの発明の実施の形態1による合成開口レーダ装置を示す構成図である。
図1において、送受信アンテナ1はプラットホームに搭載されており、送信信号である送信パルスを空間に放射する一方、目標に散乱されて戻ってくる送信パルスの散乱波を受信する。
送受信アンテナ2はプラットホームにおいて、送受信アンテナ1の近傍に設置されており、送信信号である送信パルスを空間に放射する一方、目標に散乱されて戻ってくる送信パルスの散乱波を受信する。
図1では、送信アンテナと受信アンテナを兼用している送受信アンテナ1,2がプラットホームに搭載されている例を示しているが、送信アンテナと受信アンテナを別々に搭載するようにしてもよい。この場合、2本の送信アンテナと、2本の受信アンテナが必要になる。
ここでは、送受信アンテナ1と送受信アンテナ2が同一のプラットホームに搭載されていることを想定しているが、送受信アンテナ1と送受信アンテナ2が別のプラットホームに搭載されていてもよい。
In the first embodiment, a description will be given of a synthetic aperture radar apparatus that performs monostrip, 2 × 2 MIMO configuration and performs strip map observation.
1 is a block diagram showing a synthetic aperture radar apparatus according to
In FIG. 1, a transmission /
The transmission /
Although FIG. 1 shows an example in which transmission /
Here, although it is assumed that the transmission /
局部発振器11は局部発振信号L0を発振する発振器である。
送信処理部12は送受信アンテナ1,2の数と同数の送信パルスPT1,PT2を生成する処理を実施する。
ミキサ13は局部発振器11により発振された局部発振信号L0を送信処理部12により生成された送信パルスPT1に乗算することで、その送信パルスPT1をアップコンバートする処理部である。
ミキサ14は局部発振器11により発振された局部発振信号L0を送信処理部12により生成された送信パルスPT2に乗算することで、その送信パルスPT2をアップコンバートする処理部である。
The
The
The
The
HPA(High Power Amplifier)15はミキサ13によりアップコンバートされた送信パルスPT1を増幅する増幅器である。
HPA16はミキサ14によりアップコンバートされた送信パルスPT2を増幅する増幅器である。
送受切り換え器17はHPA15により増幅された送信パルスPT1を送受信アンテナ1に出力する一方、送受信アンテナ1の受信信号である受信パルスPR1をLNA(Low Noise Amplifier)19に出力する切換スイッチである。
送受切り換え器18はHPA16により増幅された送信パルスPT2を送受信アンテナ2に出力する一方、送受信アンテナ2の受信信号である受信パルスPR2をLNA20に出力する切換スイッチである。
なお、局部発振器11、送信処理部12、ミキサ13,14、HPA15,16及び送受切り換え器17,18から送信処理手段が構成されている。
HPA (High Power Amplifier) 15 is an amplifier for amplifying a transmission pulse P T1 which is up-converted by the
HPA16 is an amplifier for amplifying a transmission pulse P T2 which is up-converted by the
While
The
LNA19は送受切り換え器17から出力された送受信アンテナ1の受信信号である受信パルスPR1を増幅する増幅器である。
LNA20は送受切り換え器18から出力された送受信アンテナ2の受信信号である受信パルスPR2を増幅する増幅器である。
ミキサ21は局部発振器11により発振された局部発振信号L0をLNA19により増幅された受信パルスPR1に乗算することで、その受信パルスPR1をダウンコンバートする処理部である。
ミキサ22は局部発振器11により発振された局部発振信号L0をLNA20により増幅された受信パルスPR2に乗算することで、その受信パルスPR2をダウンコンバートする処理部である。
The LNA 19 is an amplifier that amplifies the reception pulse PR1 that is a reception signal of the transmission /
The LNA 20 is an amplifier that amplifies the reception pulse PR2 , which is a reception signal of the transmission /
The
The
受信処理部23はミキサ21,22によりダウンコンバートされた受信パルスPR1,PR2から所望の信号成分をそれぞれ抽出して、所望の信号成分から画像を再生し、複数の再生画像から目標を検出する処理を実施する。
なお、局部発振器11、送受切り換え器17,18、LNA19,20、ミキサ21,22及び受信処理部23から受信処理手段が構成されている。
The
The
図2はこの発明の実施の形態1による合成開口レーダ装置の送信処理部12を示す構成図である。
図2において、送信パルス生成部31は送受信アンテナ1,2の数と同数の送信パルスPT1,PT2を生成し、基準の送信パルスである送信パルスPT1をミキサ13に出力し、送信パルスPT2を乗算部33に出力する処理を実施する。なお、送信パルス生成部31は送信信号生成部を構成している。
FIG. 2 is a block diagram showing the
In FIG. 2, a
符号生成部32は受信パルスPR1,PR2のドップラ帯域幅Bより大きなドップラシフト量ΔBを与える線形位相符号l(n)を生成する処理を実施する。
乗算部33は符号生成部32により生成された線形位相符号l(n)を送信パルス生成部31により生成された受信パルスPT2に乗算し、線形位相符号l(n)乗算後の受信パルスPT2をミキサ14に出力する処理を実施する。
なお、符号生成部32及び乗算部33からドップラシフト処理部が構成されている。
The
The
The
図3はこの発明の実施の形態1による合成開口レーダ装置の受信処理部23を示す構成図である。
図3において、符号生成部41は送信処理部12の符号生成部32により生成された線形位相符号l(n)と共役の符号l(n)*を生成する処理を実施する。
乗算部42は符号生成部41により生成された共役の符号l(n)*をミキサ21によりダウンコンバートされた受信パルスPR1に乗算する処理を実施する。
乗算部43は符号生成部41により生成された共役の符号l(n)*をミキサ22によりダウンコンバートされた受信パルスPR2に乗算する処理を実施する。
なお、符号生成部41及び乗算部42,43から共役符号乗算部が構成されている。
FIG. 3 is a block diagram showing the
In FIG. 3, the
Multiplying
Multiplying
The
帯域外成分除去部44はミキサ21によりダウンコンバートされた受信パルスPR1に含まれている他チャネルの信号成分を除去することで、所望の信号成分を抽出する処理を実施する。
帯域外成分除去部45は乗算部42により共役の符号l(n)*が乗算された受信パルスPR1に含まれている他チャネルの信号成分を除去することで、所望の信号成分を抽出する処理を実施する。
帯域外成分除去部46はミキサ22によりダウンコンバートされた受信パルスPR2に含まれている他チャネルの信号成分を除去することで、所望の信号成分を抽出する処理を実施する。
帯域外成分除去部47は乗算部43により共役の符号l(n)*が乗算された受信パルスPR2に含まれている他チャネルの信号成分を除去することで、所望の信号成分を抽出する処理を実施する。
なお、帯域外成分除去部44〜47は所望信号成分抽出部を構成している。
Band
Band
Band
By band
The out-of-band
画像再生処理部48は帯域外成分除去部44により抽出された所望の信号成分から画像を再生する処理を実施する。
画像再生処理部49は帯域外成分除去部45により抽出された所望の信号成分から画像を再生する処理を実施する。
画像再生処理部50は帯域外成分除去部46により抽出された所望の信号成分から画像を再生する処理を実施する。
画像再生処理部51は帯域外成分除去部47により抽出された所望の信号成分から画像を再生する処理を実施する。
なお、画像再生処理部48〜51は画像再生部を構成している。
The image
The image
The image
The image
The image
MTI処理部52は画像再生処理部48〜51により再生された複数の画像から目標を検出する処理を実施する。なお、MTI処理部52は目標検出部を構成している。
The
次に動作について説明する。
局部発振器11は、局部発振信号L0を発振し、その局部発振信号L0をミキサ13,14,21,22に出力する。
送信処理部12は、送受信アンテナ1,2の数と同数の送信パルスPT1,PT2を生成し、送信パルスPT1,PT2をミキサ13,14に出力する。
以下、送信処理部12の処理内容を具体的に説明する。
図4は送信処理部12の処理内容を示すフローチャートである。
Next, the operation will be described.
The
The
Hereinafter, the processing contents of the
FIG. 4 is a flowchart showing the processing contents of the
送信処理部12の送信パルス生成部31は、送受信アンテナ1,2の数と同数の送信パルスPT1,PT2を生成し、基準の送信パルスである送信パルスPT1をミキサ13に出力して、送信パルスPT2を乗算部33に出力する(ステップST1)。
送信処理部12の符号生成部32は、下記の式(1)に示すように、送受信アンテナ1,2の受信信号である受信パルスPR1,PR2のドップラ帯域幅Bより大きなドップラシフト量ΔBを与える線形位相符号l(n)を生成する(ステップST2)。
式(1)において、ΔBは信号帯域のドップラシフトを行うシフト量、PRFはパルス繰り返し周波数(Pulse Repetition Frequency)、n/PRFはパルス時刻である。
The transmission
The
In Expression (1), ΔB is a shift amount for performing Doppler shift of the signal band, PRF is a pulse repetition frequency, and n / PRF is a pulse time.
ここで、受信パルスPR1,PR1のドップラ帯域幅Bは、送信波長をλ、ビーム幅をθ、プラットホームの移動速度をVpとすると、下記の式(2)のように決定される。
Here, the Doppler bandwidth B of the received pulses P R1 and P R1 is determined as shown in the following equation (2), where λ is the transmission wavelength, θ is the beam width, and V p is the moving speed of the platform.
なお、受信パルスPR1,PR1のドップラ帯域幅Bより大きなドップラシフト量ΔBを送信パルスPT2に乗算していれば、受信パルスPR1,PR1に含まれている各チャネルの信号成分がドップラ周波数軸上で重複しなくなり、各チャネルの信号成分を分離することが可能になる。
そこで、送信処理部12の乗算部33は、符号生成部32により生成された線形位相符号l(n)を送信パルス生成部31により生成された受信パルスPT2に乗算し、線形位相符号l(n)乗算後の受信パルスPT2をミキサ14に出力する(ステップST3)。
Incidentally, if multiplied by the received pulse P R1, P R1 large Doppler shift amount ΔB than the Doppler bandwidth B of the transmitted pulse P T2, the signal component of each channel in the received pulse P R1, P R1 is There is no overlap on the Doppler frequency axis, and the signal components of each channel can be separated.
Therefore, the
ミキサ13は、送信処理部12の送信パルス生成部31から送信パルスPT1を受けると、その送信パルスPT1に対して、局部発振器11により発振された局部発振信号L0を乗算することで、その送信パルスPT1をアップコンバートする。
ミキサ14は、送信処理部12の乗算部33から線形位相符号l(n)乗算後の受信パルスPT2を受けると、その受信パルスPT2に対して、局部発振器11により発振された局部発振信号L0を乗算することで、その送信パルスPT2をアップコンバートする。
When the
When the
HPA15は、ミキサ13からアップコンバートされた送信パルスPT1を受けると、その送信パルスPT1を増幅し、増幅後の送信パルスPT1を送受切り換え器17に出力する。
HPA16は、ミキサ14からアップコンバートされた送信パルスPT2を受けると、その送信パルスPT2を増幅し、増幅後の送信パルスPT2を送受切り換え器18に出力する。
HPA15 receives the transmission pulse P T1 that is up-converted from the
HPA16 receives the transmitted pulse P T2 from the
送受切り換え器17は、HPA15から増幅後の送信パルスPT1を受けると、その送信パルスPT1を送受信アンテナ1に出力する。これにより、送受信アンテナ1から送信パルスPT1が空間に放射される。
送受切り換え器18は、HPA16から増幅後の送信パルスPT2を受けると、その送信パルスPT2を送受信アンテナ2に出力する。これにより、送受信アンテナ2から送信パルスPT2が空間に放射される。
When receiving the amplified transmission pulse P T1 from the
When receiving the amplified transmission pulse P T2 from the
送受信アンテナ1から放射された送信パルスPT1の一部は、低速で移動している目標に散乱されて送受信アンテナ1,2に受信される。
また、送受信アンテナ2から放射された送信パルスPT2の一部は、低速で移動している目標に散乱されて送受信アンテナ1,2に受信される。
送受信アンテナ1の受信信号である受信パルスPR1は、送受切り換え器17を介して、LNA19に出力され、送受信アンテナ2の受信信号である受信パルスPR2は、送受切り換え器18を介して、LNA20に出力される。
A part of the transmission pulse PT1 radiated from the transmission /
A part of the transmission pulse PT2 radiated from the transmission /
Reception pulse P R1 is the received signal of the transmitting and receiving
LNA19は、送受切り換え器17から送受信アンテナ1の受信パルスPR1を受けると、その受信パルスPR1を増幅して、増幅後の受信パルスPR1をミキサ21に出力する。
LNA20は、送受切り換え器18から送受信アンテナ2の受信パルスPR2を受けると、その受信パルスPR2を増幅して、増幅後の受信パルスPR2をミキサ22に出力する。
LNA19 receives a reception pulse P R1 of transmitting and receiving
LNA20 receives a reception pulse P R2 transceiver antenna 2 from
ミキサ21は、LNA19から増幅後の受信パルスPR1を受けると、増幅後の受信パルスPR1に対して、局部発振器11により発振された局部発振信号L0を乗算することで、その受信パルスPR1をダウンコンバートする。
ミキサ22は、LNA20から増幅後の受信パルスPR2を受けると、増幅後の受信パルスPR2に対して、局部発振器11により発振された局部発振信号L0を乗算することで、その受信パルスPR2をダウンコンバートする。
The
受信処理部23は、ミキサ21,22からダウンコンバートされた受信パルスPR1,PR2を受けると、その受信パルスPR1,PR2から所望の信号成分をそれぞれ抽出して、所望の信号成分から画像を再生し、複数の再生画像から目標を検出する処理を実施する。
以下、受信処理部23の処理内容を具体的に説明する。
図5は受信処理部23の処理内容を示すフローチャートである。
Receiving processing
Hereinafter, the processing contents of the
FIG. 5 is a flowchart showing the processing contents of the
受信処理部23では、ミキサ21から出力された受信パルスPR1を2分岐して、一方の受信パルスPR1を帯域外成分除去部44に出力し、他方の受信パルスPR1を乗算部42に出力する(ステップST11)。
また、ミキサ22から出力された受信パルスPR2を2分岐して、一方の受信パルスPR2を帯域外成分除去部46に出力し、他方の受信パルスPR2を乗算部43に出力する(ステップST11)。
これにより、観測信号として、4つの受信パルスが得られることになる。
In the
Further, the reception pulse PR2 output from the
As a result, four received pulses are obtained as observation signals.
なお、帯域外成分除去部44に出力される受信パルスPR1は、送受信アンテナ1から送信されて、送受信アンテナ1で受信された信号に相当し、乗算部42に出力される受信パルスPR1は、送受信アンテナ2から送信されて、送受信アンテナ1で受信された信号に相当する。
また、帯域外成分除去部46に出力される受信パルスPR2は、送受信アンテナ1から送信されて、送受信アンテナ2で受信された信号に相当し、乗算部43に出力される受信パルスPR2は、送受信アンテナ2から送信されて、送受信アンテナ2で受信された信号に相当する。
The reception pulse PR1 output to the out-of-band
The reception pulse P R2 output to band
受信処理部23の符号生成部41は、送信処理部12の符号生成部32により生成された線形位相符号l(n)と共役の符号l(n)*を生成する(ステップST12)。
受信処理部23の乗算部42は、符号生成部41により生成された共役の符号l(n)*をミキサ21によりダウンコンバートされた受信パルスPR1に乗算する(ステップST13)。
受信処理部23の乗算部43は、符号生成部41により生成された共役の符号l(n)*をミキサ22によりダウンコンバートされた受信パルスPR2に乗算する(ステップST13)。
The
Multiplying
共役の符号l(n)*が受信パルスPR1,PR2に乗算されることで、ドップラ周波数軸上で、送受信アンテナ2から送信された信号成分(所望信号成分)がドップラ周波数帯域の中心周波数に位置するようになる。
ここで、図6はドップラ周波数軸上での各チャネルの信号成分を示す説明図である。
送受信アンテナ2から送信された所望信号成分は、図6に示すように、パルス繰り返し周波数PRFで規定されるドップラ周波数帯域の中心周波数に存在し、送受信アンテナ1から送信された他チャネルの信号成分は、ドップラ周波数軸上で、所望信号成分の両側に存在するようになる。
By multiplying the reception pulses P R1 and P R2 by the conjugate code l (n) * , the signal component (desired signal component) transmitted from the transmission /
Here, FIG. 6 is an explanatory diagram showing signal components of each channel on the Doppler frequency axis.
As shown in FIG. 6, the desired signal component transmitted from the transmission /
受信処理部23の帯域外成分除去部44は、ミキサ21によりダウンコンバートされた受信パルスPR1(送受信アンテナ1から送信されて、送受信アンテナ1で受信された信号)を受けると、その受信パルスPR1に含まれている他チャネルの信号成分を除去することで、図7に示すように、所望の信号成分を抽出する(ステップST14)。
帯域外成分除去部45は、乗算部42により共役の符号l(n)*が乗算された受信パルスPR1(送受信アンテナ2から送信されて、送受信アンテナ1で受信された信号)を受けると、その受信パルスPR1に含まれている他チャネルの信号成分を除去することで、図7に示すように、所望の信号成分を抽出する(ステップST14)。
When the out-of-band
When the out-of-band
また、帯域外成分除去部46は、ミキサ22によりダウンコンバートされた受信パルスPR2(送受信アンテナ1から送信されて、送受信アンテナ2で受信された信号)を受けると、その受信パルスPR2に含まれている他チャネルの信号成分を除去することで、図7に示すように、所望の信号成分を抽出する(ステップST14)。
帯域外成分除去部47は、乗算部43により共役の符号l(n)*が乗算された受信パルスPR2(送受信アンテナ2から送信されて、送受信アンテナ2で受信された信号)を受けると、その受信パルスPR2に含まれている他チャネルの信号成分を除去することで、図7に示すように、所望の信号成分を抽出する(ステップST14)。
Further, when the out-of-band
When the out-of-band
受信処理部23の画像再生処理部48は、帯域外成分除去部44が所望の信号成分を抽出すると、所望の信号成分からSAR画像を再生する(ステップST15)。
画像再生処理部49は、帯域外成分除去部45が所望の信号成分を抽出すると、所望の信号成分からSAR画像を再生する(ステップST15)。
画像再生処理部50は、帯域外成分除去部46が所望の信号成分を抽出すると、所望の信号成分からSAR画像を再生する(ステップST15)。
画像再生処理部51は、帯域外成分除去部47が所望の信号成分を抽出すると、所望の信号成分からSAR画像を再生する(ステップST15)。
When the out-of-band
When the out-of-band
When the out-of-band
When the out-of-band
ここで、画像の再生処理は、合成開口レーダに用いられるものであれば何でもよいが、例えば、チャープスケーリング法、ω―k法、レンジドップラー法、ポーラフォーマット法(例えば、非特許文献2,3を参照)などを用いることができる。
[非特許文献2]
Lan G. Cumming and Frank H. Wong,“digital processing of SYNTHETIC APERTURE RADAR”,ARTECH HOUSE
[非特許文献3]
Gharles V. Jakowatz Jr.,Daniel E. Wahl, Palu H. Eichel,Dennis C. Ghiglia and Paul A. Thompson,“SPOTLIGHT-MODE SYNTHETIC APERTURE RADAR: A SIGNAL PROCESSING APPROACH”,KLUWER ACADEMIC PUBLISHERS
Here, the image reproduction process may be anything as long as it is used for the synthetic aperture radar. For example, the chirp scaling method, the ω-k method, the range Doppler method, the polar format method (for example,
[Non-Patent Document 2]
Lan G. Cumming and Frank H. Wong, “digital processing of SYNTHETIC APERTURE RADAR”, ARTECH HOUSE
[Non-Patent Document 3]
Gharles V. Jakowatz Jr., Daniel E. Wahl, Palu H. Eichel, Dennis C. Ghiglia and Paul A. Thompson, “SPOTLIGHT-MODE SYNTHETIC APERTURE RADAR: A SIGNAL PROCESSING APPROACH”, KLUWER ACADEMIC PUBLISHERS
受信処理部23のMTI処理部52は、画像再生処理部48〜51がSAR画像を再生すると、4つのSAR画像から目標を検出するMTI(Moving Target Indicator)を実施する(ステップST16)。
ここで、移動目標の検出処理では、複数のSAR画像の平均画像を算出し、任意のSAR画像から平均画像を減算して、DPCA(Displaced Phase Center Antenna)画像を生成することで、目標を検出するようにしてもよいし(例えば、非特許文献4を参照)、任意の2枚のSAR画像から干渉画像(ATI(Along Track Interferometry)画像)の位相マップを複数生成し、複数のATI位相マップから位相のアンラップを行うことで、目標を検出するようにしてもよい。
また、任意の2枚のSAR画像からDPCA画像を複数生成して、複数のDPCA画像からATI位相マップを生成し、そのATI位相マップから位相のアンラップを行うことで、目標を検出するようにしてもよい。
[非特許文献4]
諏訪 啓,若山俊夫,岡村 敦,“アジマスアンビギュイティを抑圧する複数開口SAR-MTI方式とその性能評価” 信学技報,vol. 112,no. 41,SANE2012-12,pp. 7-12,2012年5月.
The
Here, in the moving target detection processing, an average image of a plurality of SAR images is calculated, and the target image is detected by generating a DPCA (Displaced Phase Center Antenna) image by subtracting the average image from an arbitrary SAR image. (For example, see Non-Patent Document 4), or by generating a plurality of phase maps of interference images (ATI (Along Track Interferometry) images) from any two SAR images, a plurality of ATI phase maps The target may be detected by performing phase unwrapping.
In addition, a plurality of DPCA images are generated from two arbitrary SAR images, an ATI phase map is generated from the plurality of DPCA images, and a target is detected by performing phase unwrapping from the ATI phase map. Also good.
[Non-Patent Document 4]
Kei Suwa, Toshio Wakayama, Satoshi Okamura, “Multi-aperture SAR-MTI method to suppress azimuth ambiguity and its performance evaluation” IEICE Tech. Bulletin, vol. 112, no. 41, SANE2012-12, pp. 7-12 , May 2012.
以上で明らかなように、この実施の形態1によれば、送信処理部12が、送受信信アンテナ1,2から放射される送信パルスPT1,PT2のうち、送信パルスPT2に対して、送受信信アンテナ1,2の受信パルスPR1,PR2のドップラ帯域幅Bより大きなドップラシフト量ΔBを与えるように構成したので、SAR画像の画質を高めて、移動している目標の検出精度を高めることができる効果を奏する。
即ち、受信パルスPR1,PR2のドップラ帯域幅Bより大きなドップラシフト量ΔBを送信パルスPT2に乗算することで、受信パルスPR1,PR2に含まれている各チャネルの信号成分がドップラ周波数軸上で重複しなくなり、各チャネルの信号成分を分離することが可能になる。その結果、SAR画像の画質を高めて、移動している目標の検出精度を高めることができる。
As is apparent from the above, according to the first embodiment, the
That is, the received pulse P R1, large Doppler shift amount ΔB than the Doppler bandwidth B of P R2 by multiplying the transmitted pulse P T2, the signal component of each channel in the received pulse P R1, P R2 Doppler There is no overlap on the frequency axis, and the signal components of each channel can be separated. As a result, the image quality of the SAR image can be improved and the detection accuracy of the moving target can be increased.
また、この実施の形態1によれば、MIMOの構成とすることで、送受信の位相中心を多値化して、MTIの高機能化を実現することができる。特に、図8に示すように、アンテナ長を増大させることなく、位相中心の最大間隔を増大して、低速目標の検出ができる点で効果がある。また、周波数軸上で直交しているため、符号で直交させている場合と比べて、干渉成分が少なく、品質のよい画像の取得が可能になる。 Further, according to the first embodiment, by adopting the MIMO configuration, the transmission / reception phase center can be multi-valued, and high functionality of MTI can be realized. In particular, as shown in FIG. 8, there is an advantage in that the low speed target can be detected by increasing the maximum interval between the phase centers without increasing the antenna length. In addition, since they are orthogonal on the frequency axis, it is possible to obtain a high-quality image with fewer interference components than in the case of orthogonalization with codes.
この実施の形態1では、2×2MIMO構成の合成開口レーダ装置について示したが、送信アンテナ数m、受信アンテナ数nとして、m×nMIMO構成の合成開口レーダ装置であってもよい。
この場合、構成の変化としては、送信処理部12では、送信アンテナ数が増加した分、送信パルス生成部31により生成される送信パルスの数を増やして、処理系統がm本となるようにして、受信パルスのドップラ周波数軸上で、各チャネルの信号成分が重複しないように、基準となる送信パルス以外の(m−1)個の送信パルスに線形位相符号l(n)を乗算させるようにする。
受信処理部23では、送受信アンテナが増加した分、処理する受信パルスの数がm×nとなるように処理系統を増やし、処理を行う信号成分がドップラ周波数帯域の中心周波数になるよう線形位相符号を乗算することで、MTI処理部52で取り扱うSAR画像を増やすようにする。
In the first embodiment, the 2 × 2 MIMO configuration of the synthetic aperture radar apparatus is shown. However, the m × n MIMO configuration of the synthetic aperture radar apparatus may be used as the number of transmission antennas m and the number of reception antennas n.
In this case, as a configuration change, the
The
実施の形態2.
この実施の形態2では、送受信信アンテナ1,2がプラットホームの移動に伴ってビーム方向を変えながら、ある限られた観測域を照射し続けるスポットライト観測を実施する合成開口レーダ装置について説明する。
In the second embodiment, a description will be given of a synthetic aperture radar apparatus that performs spotlight observation that continuously irradiates a limited observation area while the transmission /
この実施の形態2の合成開口レーダ装置の全体構成は、上記実施の形態1と同様に、図1の構成であり、また、送信処理部12の構成も上記実施の形態1と同様に、図2の構成である。
ただし、受信処理部23の構成は、上記実施の形態1と異なっている。
図9はこの発明の実施の形態2による合成開口レーダ装置の受信処理部23を示す構成図であり、図において、図3と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
The overall configuration of the synthetic aperture radar apparatus of the second embodiment is the same as that of the first embodiment, and the configuration of the
However, the configuration of the
FIG. 9 is a block diagram showing the
折り返し解消処理部61はミキサ21によりダウンコンバートされた受信パルスPR1における各チャネルの信号成分の折り返しを解消する処理を実施する。
折り返し解消処理部62は乗算部42により共役の符号l(n)*が乗算された受信パルスPR1における各チャネルの信号成分の折り返しを解消する処理を実施する。
折り返し解消処理部63はミキサ22によりダウンコンバートされた受信パルスPR2における各チャネルの信号成分の折り返しを解消する処理を実施する。
折り返し解消処理部64は乗算部43により共役の符号l(n)*が乗算された受信パルスPR2における各チャネルの信号成分の折り返しを解消する処理を実施する。
Folded
Folded
Folded
Folded
アジマスFFT部65は折り返し解消処理部61により各チャネルの信号成分の折り返しが解消された受信パルスPR1をアジマス方向にフーリエ変換し、そのフーリエ変換結果を帯域外成分除去部44に出力する処理を実施する。
アジマスFFT部66は折り返し解消処理部62により各チャネルの信号成分の折り返しが解消された受信パルスPR1をアジマス方向にフーリエ変換し、そのフーリエ変換結果を帯域外成分除去部45に出力する処理を実施する。
アジマスFFT部67は折り返し解消処理部63により各チャネルの信号成分の折り返しが解消された受信パルスPR2をアジマス方向にフーリエ変換し、そのフーリエ変換結果を帯域外成分除去部46に出力する処理を実施する。
アジマスFFT部68は折り返し解消処理部64により各チャネルの信号成分の折り返しが解消された受信パルスPR2をアジマス方向にフーリエ変換し、そのフーリエ変換結果を帯域外成分除去部47に出力する処理を実施する。
なお、アジマスFFT部65〜68はフーリエ変換部を構成している。
Processing
Processing
Processing
Processing
The
0挿入部69は帯域外成分除去部44により抽出された所望の信号成分の外側に0を挿入する処理を実施する。
0挿入部70は帯域外成分除去部45により抽出された所望の信号成分の外側に0を挿入する処理を実施する。
0挿入部71は帯域外成分除去部46により抽出された所望の信号成分の外側に0を挿入する処理を実施する。
0挿入部72は帯域外成分除去部47により抽出された所望の信号成分の外側に0を挿入する処理を実施する。
The 0
The 0
The 0
The 0
アジマスIFFT部73は0挿入部69により外側に0が挿入された所望の信号成分をアジマス方向に逆フーリエ変換し、その逆フーリエ変換結果を依存関係回復処理部77に出力する処理を実施する。
アジマスIFFT部74は0挿入部70により外側に0が挿入された所望の信号成分をアジマス方向に逆フーリエ変換し、その逆フーリエ変換結果を依存関係回復処理部78に出力する処理を実施する。
アジマスIFFT部75は0挿入部71により外側に0が挿入された所望の信号成分をアジマス方向に逆フーリエ変換し、その逆フーリエ変換結果を依存関係回復処理部79に出力する処理を実施する。
アジマスIFFT部76は0挿入部72により外側に0が挿入された所望の信号成分をアジマス方向に逆フーリエ変換し、その逆フーリエ変換結果を依存関係回復処理部80に出力する処理を実施する。
なお、アジマスIFFT部73〜76は逆フーリエ変換部を構成している。
The
The
The
The
Note that the azimuth IFFT
依存関係回復処理部77は折り返し解消処理部61により折り返しが解消される前の受信パルスPR1におけるアジマス時間とドップラ周波数の依存関係と一致するように、アジマスIFFT部73の逆フーリエ変換結果におけるアジマス時間とドップラ周波数の依存関係を回復する処理を実施する。
依存関係回復処理部78は折り返し解消処理部62により折り返しが解消される前の受信パルスPR1におけるアジマス時間とドップラ周波数の依存関係と一致するように、アジマスIFFT部74の逆フーリエ変換結果におけるアジマス時間とドップラ周波数の依存関係を回復する処理を実施する。
依存関係回復処理部79は折り返し解消処理部63により折り返しが解消される前の受信パルスPR2におけるアジマス時間とドップラ周波数の依存関係と一致するように、アジマスIFFT部75の逆フーリエ変換結果におけるアジマス時間とドップラ周波数の依存関係を回復する処理を実施する。
依存関係回復処理部80は折り返し解消処理部64により折り返しが解消される前の受信パルスPR2におけるアジマス時間とドップラ周波数の依存関係と一致するように、アジマスIFFT部76の逆フーリエ変換結果におけるアジマス時間とドップラ周波数の依存関係を回復する処理を実施する。
As
As dependency
As dependency
Dependency
次に動作について説明する。
ただし、送受信信アンテナ1,2から送信パルスPT1,PT2が空間に放射されるまでの処理内容は上記実施の形態1と同様であるため説明を省略する。
送受信アンテナ1の受信信号である受信パルスPR1は、送受切り換え器17を介して、LNA19に出力され、送受信アンテナ2の受信信号である受信パルスPR2は、送受切り換え器18を介して、LNA20に出力される。
Next, the operation will be described.
However, since the processing contents until the transmission pulses P T1 and P T2 are radiated from the transmission /
Reception pulse P R1 is the received signal of the transmitting and receiving
LNA19は、送受切り換え器17から送受信アンテナ1の受信パルスPR1を受けると、その受信パルスPR1を増幅して、増幅後の受信パルスPR1をミキサ21に出力する。
LNA20は、送受切り換え器18から送受信アンテナ2の受信パルスPR2を受けると、その受信パルスPR2を増幅して、増幅後の受信パルスPR2をミキサ22に出力する。
LNA19 receives a reception pulse P R1 of transmitting and receiving
LNA20 receives a reception pulse P R2 transceiver antenna 2 from
ミキサ21は、LNA19から増幅後の受信パルスPR1を受けると、増幅後の受信パルスPR1に対して、局部発振器11により発振された局部発振信号L0を乗算することで、その受信パルスPR1をダウンコンバートする。
ミキサ22は、LNA20から増幅後の受信パルスPR2を受けると、増幅後の受信パルスPR2に対して、局部発振器11により発振された局部発振信号L0を乗算することで、その受信パルスPR2をダウンコンバートする。
The
受信処理部23は、ミキサ21,22からダウンコンバートされた受信パルスPR1,PR2を受けると、その受信パルスPR1,PR2から所望の信号成分をそれぞれ抽出して、所望の信号成分から画像を再生し、複数の再生画像から目標を検出する処理を実施する。
以下、受信処理部23の処理内容を具体的に説明する。
図10は受信処理部23の処理内容を示すフローチャートである。
Receiving processing
Hereinafter, the processing contents of the
FIG. 10 is a flowchart showing the processing contents of the
受信処理部23では、ミキサ21から出力された受信パルスPR1を2分岐して、一方の受信パルスPR1を折り返し解消処理部61に出力し、他方の受信パルスPR1を乗算部42に出力する(ステップST21)。
また、ミキサ22から出力された受信パルスPR2を2分岐して、一方の受信パルスPR2を折り返し解消処理部63に出力し、他方の受信パルスPR2を乗算部43に出力する(ステップST21)。
これにより、観測信号として、4つの受信パルスが得られることになる。
In the
Further, the received pulse P R2 output from the
As a result, four received pulses are obtained as observation signals.
なお、折り返し解消処理部61に出力される受信パルスPR1は、送受信アンテナ1から送信されて、送受信アンテナ1で受信された信号に相当し、乗算部42に出力される受信パルスPR1は、送受信アンテナ2から送信されて、送受信アンテナ1で受信された信号に相当する。
また、折り返し解消処理部63に出力される受信パルスPR2は、送受信アンテナ1から送信されて、送受信アンテナ2で受信された信号に相当し、乗算部43に出力される受信パルスPR2は、送受信アンテナ2から送信されて、送受信アンテナ2で受信された信号に相当する。
The reception pulse PR1 output to the aliasing
The reception pulse P R2 outputted to the folded
受信処理部23の符号生成部41は、上記実施の形態1と同様に、送信処理部12の符号生成部32により生成された線形位相符号l(n)と共役の符号l(n)*を生成する(ステップST22)。
受信処理部23の乗算部42は、符号生成部41により生成された共役の符号l(n)*をミキサ21によりダウンコンバートされた受信パルスPR1に乗算する(ステップST23)。
受信処理部23の乗算部43は、符号生成部41により生成された共役の符号l(n)*をミキサ22によりダウンコンバートされた受信パルスPR2に乗算する(ステップST23)。
共役の符号l(n)*が受信パルスPR1,PR2に乗算されることで、ドップラ周波数軸上で、送受信アンテナ2から送信された信号成分(所望信号成分)がドップラ周波数帯域の中心周波数に位置するようになる。
The
Multiplying
By multiplying the reception pulses P R1 and P R2 by the conjugate code l (n) * , the signal component (desired signal component) transmitted from the transmission /
ここで、図11はドップラ周波数軸上での各チャネルの信号成分を示す説明図である。
この実施の形態2では、スポットライト観測を実施しているため、図11に示すように、送受信アンテナ2から送信された信号成分(所望信号成分)が、パルス繰り返し周波数PRFで規定される帯域幅で折り返されて、折り返し成分が発生している。
また、送受信アンテナ1から送信された他チャネルの信号成分は、ドップラ周波数軸上で、所望信号成分の両側に折り返しながら存在している。
Here, FIG. 11 is an explanatory diagram showing signal components of each channel on the Doppler frequency axis.
Since spotlight observation is performed in the second embodiment, as shown in FIG. 11, the signal component (desired signal component) transmitted from the transmission /
Further, the signal component of the other channel transmitted from the transmission /
受信処理部23の折り返し解消処理部61は、ミキサ21から受信パルスPR1を受けると、図12に示すように、その受信パルスPR1における各チャネルの信号成分の折り返しを解消する(ステップST24)。
折り返し解消処理部62は、乗算部42から共役の符号l(n)*が乗算された受信パルスPR1を受けると、図12に示すように、その受信パルスPR1における各チャネルの信号成分の折り返しを解消する(ステップST24)。
折り返し解消処理部63は、ミキサ22から受信パルスPR2を受けると、図12に示すように、その受信パルスPR2における各チャネルの信号成分の折り返しを解消する(ステップST24)。
折り返し解消処理部64は、乗算部43から共役の符号l(n)*が乗算された受信パルスPR2を受けると、図12に示すように、その受信パルスPR2における各チャネルの信号成分の折り返しを解消する(ステップST24)。
各チャネルの信号成分の折り返しを解消する処理としては、例えば、所定の複素参照関数を受信パルスPR1,PR2に乗算することで、スポットライト観測特有のアジマス時間−ドップラ周波数の依存関係を解消する方法が考えられる。ただし、この方法に限るものではなく、他の公知の方法を用いることができる。
Folded
Folded
Folded
Folded
For example, by multiplying the reception pulses P R1 and P R2 by a predetermined complex reference function, the dependency on the azimuth time-Doppler frequency peculiar to spotlight observation is eliminated. A way to do this is conceivable. However, the method is not limited to this, and other known methods can be used.
受信処理部23のアジマスFFT部65は、折り返し解消処理部61から信号成分の折り返しが解消された受信パルスPR1を受けると、その受信パルスPR1をアジマス方向にフーリエ変換し、そのフーリエ変換結果を帯域外成分除去部44に出力する(ステップST25)。
アジマスFFT部66は、折り返し解消処理部62から信号成分の折り返しが解消された受信パルスPR1を受けると、その受信パルスPR1をアジマス方向にフーリエ変換し、そのフーリエ変換結果を帯域外成分除去部45に出力する(ステップST25)。
アジマスFFT部67は、折り返し解消処理部63から信号成分の折り返しが解消された受信パルスPR2を受けると、その受信パルスPR2をアジマス方向にフーリエ変換し、そのフーリエ変換結果を帯域外成分除去部46に出力する(ステップST25)。
アジマスFFT部68は、折り返し解消処理部64から信号成分の折り返しが解消された受信パルスPR2を受けると、その受信パルスPR2をアジマス方向にフーリエ変換し、そのフーリエ変換結果を帯域外成分除去部47に出力する(ステップST25)。
ここでのアジマス方向のフーリエ変換は、DFT(Discrete Fourier Transform)を想定しているが、FFT(Fast Fourier Transform)で代用してもよい。
The Fourier transform in the azimuth direction here is assumed to be DFT (Discrete Fourier Transform), but may be replaced with FFT (Fast Fourier Transform).
受信処理部23の帯域外成分除去部44は、アジマスFFT部65からフーリエ変換結果を受けると、そのフーリエ変換結果に含まれている他チャネルの信号成分を除去することで、図13に示すように、所望の信号成分を抽出する(ステップST26)。
帯域外成分除去部45は、アジマスFFT部66からフーリエ変換結果を受けると、そのフーリエ変換結果に含まれている他チャネルの信号成分を除去することで、図13に示すように、所望の信号成分を抽出する(ステップST26)。
帯域外成分除去部46は、アジマスFFT部67からフーリエ変換結果を受けると、そのフーリエ変換結果に含まれている他チャネルの信号成分を除去することで、図13に示すように、所望の信号成分を抽出する(ステップST26)。
帯域外成分除去部47は、アジマスFFT部68からフーリエ変換結果を受けると、そのフーリエ変換結果に含まれている他チャネルの信号成分を除去することで、図13に示すように、所望の信号成分を抽出する(ステップST26)。
When receiving the Fourier transform result from the
When the out-of-band
When the out-of-band
When the out-of-band
受信処理部23の0挿入部69は、帯域外成分除去部44が所望の信号成分を抽出すると、後段のアジマスIFFT73による逆フーリエ変換処理で折り返し成分が発生しないようにするために、所望の信号成分の外側に0を挿入してオーバーサンプルを行う(ステップST27)。
0挿入部70は、帯域外成分除去部45が所望の信号成分を抽出すると、後段のアジマスIFFT74による逆フーリエ変換処理で折り返し成分が発生しないようにするために、所望の信号成分の外側に0を挿入してオーバーサンプルを行う(ステップST27)。
0挿入部71は、帯域外成分除去部46が所望の信号成分を抽出すると、後段のアジマスIFFT75による逆フーリエ変換処理で折り返し成分が発生しないようにするために、所望の信号成分の外側に0を挿入してオーバーサンプルを行う(ステップST27)。
0挿入部72は、帯域外成分除去部47が所望の信号成分を抽出すると、後段のアジマスIFFT76による逆フーリエ変換処理で折り返し成分が発生しないようにするために、所望の信号成分の外側に0を挿入してオーバーサンプルを行う(ステップST27)。
When the out-of-band
When the out-of-band
When the out-of-band
When the out-of-band
受信処理部23のアジマスIFFT部73は、0挿入部69により外側に0が挿入された所望の信号成分をアジマス方向に逆フーリエ変換し、その逆フーリエ変換結果を依存関係回復処理部77に出力する(ステップST28)。
アジマスIFFT部74は、0挿入部70により外側に0が挿入された所望の信号成分をアジマス方向に逆フーリエ変換し、その逆フーリエ変換結果を依存関係回復処理部78に出力する(ステップST28)。
アジマスIFFT部75は、0挿入部71により外側に0が挿入された所望の信号成分をアジマス方向に逆フーリエ変換し、その逆フーリエ変換結果を依存関係回復処理部79に出力する(ステップST28)。
アジマスIFFT部76は、0挿入部72により外側に0が挿入された所望の信号成分をアジマス方向に逆フーリエ変換し、その逆フーリエ変換結果を依存関係回復処理部80に出力する(ステップST28)。
ここでのアジマス方向の逆フーリエ変換は、IDFT(Inverse Discrete Fourier Transform)を想定しているが、IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)で代用してもよい。
The
The
The
The
Here, the inverse Fourier transform in the azimuth direction assumes IDFT (Inverse Discrete Fourier Transform), but IFFT (Inverse Fast Fourier Transform) may be used instead.
受信処理部23の依存関係回復処理部77は、アジマスIFFT部73から逆フーリエ変換結果を受けると、折り返し解消処理部61により折り返しが解消される前の受信パルスPR1におけるアジマス時間とドップラ周波数の依存関係と一致するように、アジマスIFFT部73の逆フーリエ変換結果におけるアジマス時間とドップラ周波数の依存関係を回復する処理を実施する(ステップST29)。
ここで、図14はアジマス時間とドップラ周波数の依存関係が回復された所望の信号成分を示す説明図である。
図14に示すように、折り返しが解消されており、また、他チャンネルの信号成分が除去されている。
アジマス時間とドップラ周波数の依存関係を回復する処理としては、例えば、所定の複素参照関数を逆フーリエ変換結果に乗算することで、スポットライト観測特有のアジマス時間−ドップラ周波数の依存関係を回復する方法が考えられる。ただし、この方法に限るものではなく、他の公知の方法を用いることができる。
受信処理部23の依存関係回復処理部78,79,80も、アジマスIFFT部74,75,76から逆フーリエ変換結果を受けると、依存関係回復処理部77と同様に、アジマス時間とドップラ周波数の依存関係を回復する処理を実施する(ステップST29)。
Here, FIG. 14 is an explanatory diagram showing a desired signal component in which the dependency relationship between the azimuth time and the Doppler frequency is recovered.
As shown in FIG. 14, aliasing is eliminated and signal components of other channels are removed.
As a process for recovering the dependency relationship between the azimuth time and the Doppler frequency, for example, a method of recovering the dependency relationship between the azimuth time and the Doppler frequency peculiar to spotlight observation by multiplying the inverse Fourier transform result by a predetermined complex reference function Can be considered. However, the method is not limited to this, and other known methods can be used.
When the dependency
受信処理部23の画像再生処理部48は、依存関係回復処理部77からアジマス時間とドップラ周波数の依存関係が回復している逆フーリエ変換結果を受けると、その逆フーリエ変換結果が示す所望の信号成分からSAR画像を再生する(ステップST30)。
画像再生処理部49は、依存関係回復処理部78からアジマス時間とドップラ周波数の依存関係が回復している逆フーリエ変換結果を受けると、その逆フーリエ変換結果が示す所望の信号成分からSAR画像を再生する(ステップST30)。
画像再生処理部50は、依存関係回復処理部79からアジマス時間とドップラ周波数の依存関係が回復している逆フーリエ変換結果を受けると、その逆フーリエ変換結果が示す所望の信号成分からSAR画像を再生する(ステップST30)。
画像再生処理部51は、依存関係回復処理部80からアジマス時間とドップラ周波数の依存関係が回復している逆フーリエ変換結果を受けると、その逆フーリエ変換結果が示す所望の信号成分からSAR画像を再生する(ステップST30)。
ここで、画像の再生処理は、合成開口レーダに用いられ、ビームスクイントに対応しているものであれば何でもよいが、例えば、チャープスケーリング法、ω―k法、レンジドップラー法、ポーラフォーマット法などを用いることができる。
When the image
When the image
When the image
When the image
Here, the image reproduction processing may be anything as long as it is used for synthetic aperture radar and is compatible with beam squint. For example, chirp scaling method, ω-k method, range Doppler method, polar format method, etc. Can be used.
受信処理部23のMTI処理部52は、画像再生処理部48〜51がSA画像を再生すると、上記実施の形態1と同様に、4つのSAR画像から目標を検出するMTIを実施する(ステップST31)。
When the image
以上で明らかなように、この実施の形態2によれば、スポットライト観測を実施する場合でも、スポットライト観測特有の所望の信号成分の折り返しを解消するように構成したので、上記実施の形態1と同様に、SAR画像の画質を高めて、移動している目標の検出精度を高めることができる効果を奏する。 As is apparent from the above, according to the second embodiment, even when spotlight observation is performed, the configuration of the first signal component peculiar to spotlight observation is eliminated. In the same manner as the above, the image quality of the SAR image can be improved, and the detection accuracy of the moving target can be improved.
この実施の形態2では、スポットライト観測を実施する合成開口レーダ装置を示したが、スライディングスポット観測を実施する場合でも、同様の構成で、同様の効果を奏することができる。 In the second embodiment, the synthetic aperture radar apparatus that performs spotlight observation is shown. However, even when sliding spot observation is performed, the same effect can be obtained with the same configuration.
この実施の形態1では、2×2MIMO構成の合成開口レーダ装置について示したが、送信アンテナ数m、受信アンテナ数nとして、m×nMIMO構成の合成開口レーダ装置であってもよい。
この場合、構成の変化としては、送信処理部12では、送信アンテナ数が増加した分、送信パルス生成部31により生成される送信パルスの数を増やして、処理系統がm本となるようにして、受信パルスのドップラ周波数軸上で、各チャネルの信号成分が重複しないように、基準となる送信パルス以外の(m−1)個の送信パルスに線形位相符号l(n)を乗算させるようにする。
受信処理部23では、送受信アンテナが増加した分、処理する受信パルスの数がm×nとなるように処理系統を増やし、処理を行う信号成分がドップラ周波数帯域の中心周波数になるよう線形位相符号を乗算することで、MTI処理部52で取り扱うSAR画像を増やすようにする。
また、モノスタティック観測でなく、バイスタティック観測、マルチスタティック観測で行ってもよい。
In the first embodiment, the 2 × 2 MIMO configuration of the synthetic aperture radar apparatus is shown. However, the m × n MIMO configuration of the synthetic aperture radar apparatus may be used as the number of transmission antennas m and the number of reception antennas n.
In this case, as a configuration change, the
The
Also, bistatic observation and multistatic observation may be performed instead of monostatic observation.
実施の形態3.
上記実施の形態1,2では、送信処理部12が、送受信信アンテナ1,2に出力する送信パルスPT1,PT2のうち、送信パルスPT2に対して、送受信信アンテナ1,2の受信パルスPR1,PR2のドップラ帯域幅Bより大きなドップラシフト量ΔBを与えるものを示したが、送信パルスPT2に対して、送受信信アンテナ1,2の受信パルスPR1,PR2のドップラ帯域幅Bと移動目標成分を合わせた幅より大きなドップラシフト量ΔBを与えるようにしてもよい。
Embodiment 3 FIG.
In the first and second embodiments, the
この実施の形態3の合成開口レーダ装置の全体構成は、上記実施の形態1と同様に、図1の構成である。
図15はこの発明の実施の形態3による合成開口レーダ装置の送信処理部12を示す構成図であり、図において、図2と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
符号生成部81は受信パルスPR1,PR2のドップラ帯域幅Bと移動目標成分を合わせた幅より大きなドップラシフト量ΔBを与える線形位相符号l’(n)を生成する処理を実施する。なお、符号生成部81はドップラシフト処理部を構成している。
The overall configuration of the synthetic aperture radar apparatus according to the third embodiment is the same as that of the first embodiment shown in FIG.
15 is a block diagram showing the
The
図16はこの発明の実施の形態3による合成開口レーダ装置の受信処理部23を示す構成図であり、図において、図3と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
符号生成部82は送信処理部12の符号生成部81により生成された線形位相符号l’(n)と共役の符号l’(n)*を生成する処理を実施する。なお、符号生成部82は共役符号乗算部を構成している。
FIG. 16 is a block diagram showing the
The
次に動作について説明する。
ただし、上記実施の形態1,2における送信処理部12の符号生成部32が、符号生成部81に代わり、上記実施の形態1,2における受信処理部23の符号生成部41が、符号生成部82に代わっている点以外は、上記実施の形態1,2と同様であるため、ここでは、送信処理部12の符号生成部81と、受信処理部23の符号生成部82の処理内容について主に説明する。
Next, the operation will be described.
However, the
送信処理部12の符号生成部81は、受信パルスPR1,PR2のドップラ帯域幅Bと移動目標成分を合わせた幅より大きなドップラシフト量ΔBを与える線形位相符号l’(n)を生成する。
即ち、符号生成部81は、想定しているレンジ方向の移動目標の最大速度をvmax、送信波長をλ、受信パルスPR1,PR2のドップラ帯域幅をB,パルス時刻をn/PRFとして、下記の式(3)に示すように、線形位相符号l’(n)を生成する。
The
That is, the
送信処理部12の乗算部33は、符号生成部81が線形位相符号l’(n)を生成すると、その線形位相符号l’(n)を送信パルス生成部31により生成された受信パルスPT2に乗算し、線形位相符号l’(n)乗算後の受信パルスPT2をミキサ14に出力することになるが、式(3)において、PRFを2(B+4vmax/λ)以上とすれば、送受信アンテナ1,2から送信パルスPT1,PT2が空間に放射された後、送受信アンテナ1,2により受信される受信パルスPR1,PR2及び移動目標成分がドップラ周波数軸上で重複しなくなり、各チャネルの信号成分を分離することが可能になる。
受信処理部23の符号生成部82は、送信処理部12の符号生成部81により生成された線形位相符号l’(n)と共役の符号l’(n)*を生成する。
受信処理部23の乗算部42は、符号生成部82により生成された共役の符号l’(n)*をミキサ21によりダウンコンバートされた受信パルスPR1に乗算し、共役の符号l’(n)*乗算後の受信パルスPR1を帯域外成分除去部45に出力する。
受信処理部23の乗算部43は、符号生成部82により生成された共役の符号l’(n)*をミキサ22によりダウンコンバートされた受信パルスPR2に乗算し、共役の符号l’(n)*乗算後の受信パルスPR2を帯域外成分除去部47に出力する。
The
Multiplying
ここで、移動目標成分は、レンジ方向の速度をvとすると、2v/λのドップラシフトが発生する。
このため、他チャネルからシフトした移動目標成分は、例えば、図17に示すように、干渉となって、画質の劣化の原因となることがある。
図17に示すような移動目標成分のドップラシフトが発生した場合に、移動目標成分が干渉にならずに、各チャネルの分離を行うには、式(3)に示すような線形位相符号l’(n)を生成して、その線形位相符号l’(n)を送信パルス生成部31により生成された受信パルスPT2に乗算することで、B+4v/λのシフトが発生するようにすればよい。
Here, the moving target component generates a 2v / λ Doppler shift, where v is the speed in the range direction.
For this reason, the moving target component shifted from the other channel may cause interference and degradation of image quality as shown in FIG. 17, for example.
When the Doppler shift of the moving target component as shown in FIG. 17 occurs, in order to separate each channel without causing the moving target component to interfere, a linear phase code l ′ as shown in Expression (3) is used. By generating (n) and multiplying the reception pulse PT2 generated by the
ここで、図18はドップラ周波数軸上での各チャネルの信号成分を示す説明図である。
送受信アンテナ2から送信された所望信号成分は、図18に示すように、パルス繰り返し周波数PRFで規定されるドップラ周波数帯域の中心周波数に存在し、ドップラシフトが発生している移動目標成分(所望信号成分から派生している移動目標成分)は、ドップラ周波数軸上で、所望信号成分の両側に存在するようになる。
また、他の送受信アンテナ1から送信された他チャネルの信号成分は、ドップラ周波数軸上で、所望信号成分及び移動目標成分の外側に存在するようになる。
したがって、他チャネルの信号成分と、他チャネルの信号成分から派生している移動目標成分とを帯域外成分として、除去するようにすれば、干渉成分を含まずに所望信号成分を抽出することが可能になる。
Here, FIG. 18 is an explanatory diagram showing signal components of each channel on the Doppler frequency axis.
As shown in FIG. 18, the desired signal component transmitted from the transmission /
Further, the signal component of the other channel transmitted from the other transmission /
Accordingly, if the signal component of the other channel and the moving target component derived from the signal component of the other channel are removed as out-of-band components, the desired signal component can be extracted without including the interference component. It becomes possible.
実施の形態4.
この実施の形態4では、4本のアンテナによるMIMO構成のモノスタティックで、ストリップマップ観測を行う合成開口レーダ装置について説明する。
図19はこの発明の実施の形態4による合成開口レーダ装置を示す構成図であり、図において、図1と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
受信アンテナ91はプラットホームにおいて、送受信アンテナ1の隣に設置されており、目標に散乱されて戻ってくる送信パルスの散乱波を受信する。
受信アンテナ92はプラットホームにおいて、送受信アンテナ2と受信アンテナ91の間に設置されており、目標に散乱されて戻ってくる送信パルスの散乱波を受信する。
図19では、送信アンテナと受信アンテナを兼用している送受信アンテナ1,2がプラットホームに搭載されている例を示しているが、送信アンテナと受信アンテナを別々に搭載するようにしてもよい。この場合、受信アンテナ91,92の他に、2本の送信アンテナと、2本の受信アンテナが必要になる。
ここでは、送受信アンテナ1,2及び受信アンテナ91,92が同一のプラットホームに搭載されていることを想定しているが、送受信アンテナ1,2及び受信アンテナ91,92が別々のプラットホームに搭載されていてもよい。
In the fourth embodiment, a description will be given of a synthetic aperture radar apparatus that performs a strip map observation in a monostatic MIMO configuration with four antennas.
19 is a block diagram showing a synthetic aperture radar apparatus according to
The
The
Although FIG. 19 shows an example in which transmission /
Here, it is assumed that the transmission /
LNA93は受信アンテナ91の受信信号である受信パルスPR91を増幅する増幅器である。
LNA94は受信アンテナ92の受信信号である受信パルスPR92を増幅する増幅器である。
ミキサ95は局部発振器11により発振された局部発振信号L0をLNA93により増幅された受信パルスPR91に乗算することで、その受信パルスPR91をダウンコンバートする処理部である。
ミキサ96は局部発振器11により発振された局部発振信号L0をLNA94により増幅された受信パルスPR92に乗算することで、その受信パルスPR92をダウンコンバートする処理部である。
LNA93 is an amplifier for amplifying the received pulse P R91 is the received signal of the receiving
LNA94 is an amplifier for amplifying the received pulse P R92 is the received signal of the receiving
The
The
受信処理部97はミキサ21,95,96,22によりダウンコンバートされた受信パルスPR1,PR91,PR92,PR2から所望の信号成分をそれぞれ抽出して、所望の信号成分から画像を再生し、複数の再生画像から目標を検出する処理を実施する。
なお、局部発振器11、送受切り換え器17,18、LNA19,20,93,94、ミキサ21,22,95,96及び受信処理部97から受信処理手段が構成されている。
The
図20はこの発明の実施の形態4による合成開口レーダ装置の受信処理部97を示す構成図である。
図20において、符号生成部101〜104は送信処理部12の符号生成部32により生成された線形位相符号l(n)と共役の符号l(n)*を生成する処理を実施する。
乗算部105は符号生成部101により生成された共役の符号l(n)*をミキサ21によりダウンコンバートされた受信パルスPR1に乗算する処理を実施する。
乗算部106は符号生成部102により生成された共役の符号l(n)*をミキサ95によりダウンコンバートされた受信パルスPR91に乗算する処理を実施する。
乗算部107は符号生成部103により生成された共役の符号l(n)*をミキサ96によりダウンコンバートされた受信パルスPR92に乗算する処理を実施する。
乗算部108は符号生成部104により生成された共役の符号l(n)*をミキサ22によりダウンコンバートされた受信パルスPR2に乗算する処理を実施する。
なお、符号生成部101〜104及び乗算部105〜108から共役符号乗算部が構成されている。
FIG. 20 is a block diagram showing a
In FIG. 20,
The multiplying
The
Multiplying
The
帯域外成分除去部109,111,113はミキサ21,95,96によりダウンコンバートされた受信パルスPR1,PR91,PR92に含まれている他チャネルの信号成分を除去することで、所望の信号成分を抽出する処理を実施する。
帯域外成分除去部110,112,114,115は乗算部105,106,107,108により共役の符号l(n)*が乗算された受信パルスPR1,PR91,PR92,PR2に含まれている他チャネルの信号成分を除去することで、所望の信号成分を抽出する処理を実施する。
なお、帯域外成分除去部109〜115は所望信号成分抽出部を構成している。
The out-of-band
The out-of-band
The out-of-band
画像再生処理部116〜122は帯域外成分除去部109〜115により抽出された所望の信号成分から画像を再生する処理を実施する。
MTI処理部123は画像再生処理部116〜122により再生された複数の画像から目標を検出する処理を実施する。なお、MTI処理部123は目標検出部を構成している。
The image
The
次に動作について説明する。
ただし、送受信信アンテナ1,2から送信パルスPT1,PT2が空間に放射されるまでの処理内容は上記実施の形態1と同様であるため説明を省略する。
送受信アンテナ1から放射された送信パルスPT1の一部は、低速で移動している目標に散乱されて送受信アンテナ1,2及び受信アンテナ91,92に受信される。
また、送受信アンテナ2から放射された送信パルスPT2の一部は、低速で移動している目標に散乱されて送受信アンテナ1,2及び受信アンテナ91,92に受信される。
Next, the operation will be described.
However, since the processing contents until the transmission pulses P T1 and P T2 are radiated from the transmission /
A part of the transmission pulse PT1 radiated from the transmission /
A part of the transmitted pulse P T2 emitted from the transmitting and receiving
送受信アンテナ1の受信信号である受信パルスPR1は、送受切り換え器17を介して、LNA19に出力され、送受信アンテナ2の受信信号である受信パルスPR2は、送受切り換え器18を介して、LNA20に出力される。
また、受信アンテナ91の受信信号である受信パルスPR91はLNA93に出力され、受信アンテナ92の受信信号である受信パルスPR92はLNA94に出力される。
Reception pulse P R1 is the received signal of the transmitting and receiving
The reception pulse P R91 is the received signal of the receiving
LNA19は、送受切り換え器17から送受信アンテナ1の受信パルスPR1を受けると、その受信パルスPR1を増幅して、増幅後の受信パルスPR1をミキサ21に出力する。
LNA20は、送受切り換え器18から送受信アンテナ2の受信パルスPR2を受けると、その受信パルスPR2を増幅して、増幅後の受信パルスPR2をミキサ22に出力する。
LNA93は、受信アンテナ91の受信パルスPR91を受けると、その受信パルスPR91を増幅して、増幅後の受信パルスPR91をミキサ95に出力する。
LNA94は、受信アンテナ92の受信パルスPR92を受けると、その受信パルスPR92を増幅して、増幅後の受信パルスPR92をミキサ96に出力する。
LNA19 receives a reception pulse P R1 of transmitting and receiving
LNA20 receives a reception pulse P R2 transceiver antenna 2 from
LNA93 receives a reception pulse P R91 receiving antenna 91, amplifies the received pulse P R91, and outputs a reception pulse P R91 after amplification to the
LNA94 receives a reception pulse P R92 receiving antenna 92, amplifies the received pulse P R92, and outputs a reception pulse P R92 after amplification to the
ミキサ21は、LNA19から増幅後の受信パルスPR1を受けると、増幅後の受信パルスPR1に対して、局部発振器11により発振された局部発振信号L0を乗算することで、その受信パルスPR1をダウンコンバートする。
ミキサ22は、LNA20から増幅後の受信パルスPR2を受けると、増幅後の受信パルスPR2に対して、局部発振器11により発振された局部発振信号L0を乗算することで、その受信パルスPR2をダウンコンバートする。
ミキサ95は、LNA93から増幅後の受信パルスPR91を受けると、増幅後の受信パルスPR91に対して、局部発振器11により発振された局部発振信号L0を乗算することで、その受信パルスPR91をダウンコンバートする。
ミキサ96は、LNA94から増幅後の受信パルスPR92を受けると、増幅後の受信パルスPR92に対して、局部発振器11により発振された局部発振信号L0を乗算することで、その受信パルスPR92をダウンコンバートする。
The
The
受信処理部97は、ミキサ21,95,96,22からダウンコンバートされた受信パルスPR1,PR91,PR92,PR2を受けると、その受信パルスPR1,PR91,PR92,PR2から所望の信号成分をそれぞれ抽出して、所望の信号成分から画像を再生し、複数の再生画像から目標を検出する処理を実施する。
以下、受信処理部97の処理内容を具体的に説明する。
The processing contents of the
受信処理部97では、ミキサ21から出力された受信パルスPR1を2分岐して、一方の受信パルスPR1を帯域外成分除去部109に出力し、他方の受信パルスPR1を乗算部105に出力する。
また、ミキサ95から出力された受信パルスPR91を2分岐して、一方の受信パルスPR91を帯域外成分除去部111に出力し、他方の受信パルスPR91を乗算部106に出力する。
また、ミキサ96から出力された受信パルスPR92を2分岐して、一方の受信パルスPR92を帯域外成分除去部113に出力し、他方の受信パルスPR92を乗算部107に出力する。
ミキサ22から出力された受信パルスPR2は2分岐せずに、その受信パルスPR2を乗算部108に出力する。
これにより、観測信号として、7つの受信パルスが得られることになる。
In the
Also, the reception pulse PR 91 output from the
In addition, the reception pulse PR92 output from the
Reception pulse P R2 output from the
As a result, seven received pulses are obtained as observation signals.
ここで、帯域外成分除去部109に出力される受信パルスPR1は、送受信アンテナ1から送信されて、送受信アンテナ1で受信された信号に相当し、乗算部105に出力される受信パルスPR1は、送受信アンテナ2から送信されて、送受信アンテナ1で受信された信号に相当する。
また、帯域外成分除去部111に出力される受信パルスPR91は、送受信アンテナ1から送信されて、受信アンテナ91で受信された信号に相当し、乗算部106に出力される受信パルスPR91は、送受信アンテナ2から送信されて、受信アンテナ91で受信された信号に相当する。
帯域外成分除去部113に出力される受信パルスPR92は、送受信アンテナ1から送信されて、受信アンテナ92で受信された信号に相当し、乗算部107に出力される受信パルスPR92は、送受信アンテナ2から送信されて、受信アンテナ92で受信された信号に相当する。
さらに、乗算部108に出力される受信パルスPR2は、送受信アンテナ2から送信されて、送受信アンテナ2で受信された信号に相当する。
Here, the reception pulse P R1 output to the out-of-band
The reception pulse PR91 output to the out-of-band
The reception pulse PR92 output to the out-of-band
Further, the reception pulses P R2 output to the
この実施の形態4では、ミキサ22から出力された受信パルスPR2については、2分岐せずに、その受信パルスPR2を乗算部108に出力するようにしているが、仮に、その受信パルスPR2を2分岐して、一方の受信パルスPR2を帯域外成分除去部に直接出力する処理系統を設けるようにすると、その受信パルスPR2に係る位相中心が、乗算部105に出力される受信パルスPR1に係る位相中心と重なるため、一方の受信パルスPR2を帯域外成分除去部に直接出力する処理系統を省略するようにしている。
図21はアンテナと位相中心の関係を示す説明図であり、図中、×の位置が受信パルスに係る位相中心を示している。
一方の受信パルスPR2に係る位相中心と、乗算部105に出力される受信パルスPR1に係る位相中心は、共に、図中真ん中の×の位置になる。
In this fourth embodiment, the received pulse P R2 output from the
FIG. 21 is an explanatory diagram showing the relationship between the antenna and the phase center. In the figure, the position x indicates the phase center related to the received pulse.
The phase center associated with one received pulse PR2 and the phase center associated with received pulse PR1 output to the
また、この実施の形態4では、送受信アンテナ1,2が送信パルスPT1,PT2を空間に放射し、受信アンテナ91,92からは送信パルスを空間に放射しないようにしているが、4つのアンテナ(送受信アンテナ1、受信アンテナ91、受信アンテナ92、送受信アンテナ2)が等間隔に配備されている場合、受信アンテナ91,92から送信パルスを空間に放射して、目標に散乱された当該送信パルスの散乱波を4つのアンテナで受信するようにすると、4つのアンテナの受信パルスに係る位相中心が、図21に示している何れかの×の位置になり、位相中心が重なってしまう。このため、受信アンテナ91,92から送信パルスを空間に放射する処理系統を省略している。
In the fourth embodiment, the transmission /
受信処理部97の符号生成部101〜104は、送信処理部12の符号生成部32により生成された線形位相符号l(n)と共役の符号l(n)*を生成する。
受信処理部97の乗算部105は、符号生成部101により生成された共役の符号l(n)*をミキサ21によりダウンコンバートされた受信パルスPR1に乗算する。
乗算部106は、符号生成部102により生成された共役の符号l(n)*をミキサ95によりダウンコンバートされた受信パルスPR91に乗算する。
乗算部107は、符号生成部103により生成された共役の符号l(n)*をミキサ96によりダウンコンバートされた受信パルスPR92に乗算する。
乗算部108は、符号生成部104により生成された共役の符号l(n)*をミキサ22によりダウンコンバートされた受信パルスPR2に乗算する。
共役の符号l(n)*が受信パルスPR1,PR91,PR92,PR2に乗算されることで、ドップラ周波数軸上で、送受信アンテナ2から送信された信号成分(所望信号成分)がドップラ周波数帯域の中心周波数に位置するようになる。
The
Multiplying
Multiplying
A signal component (desired signal component) transmitted from the transmission /
受信処理部97の帯域外成分除去部109は、ミキサ21によりダウンコンバートされた受信パルスPR1(送受信アンテナ1から送信されて、送受信アンテナ1で受信された信号)を受けると、その受信パルスPR1に含まれている他チャネルの信号成分を除去することで、所望の信号成分を抽出する。
帯域外成分除去部110は、乗算部105により共役の符号l(n)*が乗算された受信パルスPR1(送受信アンテナ2から送信されて、送受信アンテナ1で受信された信号)を受けると、その受信パルスPR1に含まれている他チャネルの信号成分を除去することで、所望の信号成分を抽出する。
帯域外成分除去部111は、ミキサ95によりダウンコンバートされた受信パルスPR91(送受信アンテナ1から送信されて、受信アンテナ91で受信された信号)を受けると、その受信パルスPR91に含まれている他チャネルの信号成分を除去することで、所望の信号成分を抽出する。
帯域外成分除去部112は、乗算部106により共役の符号l(n)*が乗算された受信パルスPR91(送受信アンテナ2から送信されて、受信アンテナ91で受信された信号)を受けると、その受信パルスPR91に含まれている他チャネルの信号成分を除去することで、所望の信号成分を抽出する。
The out-of-band
When the out-of-band
When the out-of-band
When the out-of-band
帯域外成分除去部113は、ミキサ96によりダウンコンバートされた受信パルスPR92(送受信アンテナ1から送信されて、受信アンテナ92で受信された信号)を受けると、その受信パルスPR92に含まれている他チャネルの信号成分を除去することで、所望の信号成分を抽出する。
帯域外成分除去部114は、乗算部107により共役の符号l(n)*が乗算された受信パルスPR92(送受信アンテナ2から送信されて、受信アンテナ92で受信された信号)を受けると、その受信パルスPR92に含まれている他チャネルの信号成分を除去することで、所望の信号成分を抽出する。
帯域外成分除去部115は、乗算部108により共役の符号l(n)*が乗算された受信パルスPR2(送受信アンテナ2から送信されて、送受信アンテナ2で受信された信号)を受けると、その受信パルスPR2に含まれている他チャネルの信号成分を除去することで、所望の信号成分を抽出する。
When the out-of-band
When the out-of-band
When the out-of-band
受信処理部97の画像再生処理部116〜122は、帯域外成分除去部109〜115が所望の信号成分を抽出すると、所望の信号成分からSAR画像を再生する。
ここで、画像の再生処理は、合成開口レーダに用いられるものであれば何でもよいが、例えば、チャープスケーリング法、ω−k法、レンジドップラー法、ポーラフォーマット法(例えば、非特許文献2,3を参照)などを用いることができる。
When the out-of-band
Here, the image reproduction process may be anything as long as it is used for the synthetic aperture radar. For example, the chirp scaling method, the ω-k method, the range Doppler method, the polar format method (for example,
受信処理部97のMTI処理部123は、画像再生処理部116〜122がSAR画像を再生すると、7つのSAR画像から目標を検出するMTIを実施する。
ここで、移動目標の検出処理では、複数のSAR画像の平均画像を算出し、任意のSAR画像から平均画像を減算して、DPCA画像を生成することで、目標を検出するようにしてもよいし(例えば、非特許文献4を参照)、任意の2枚のSAR画像から干渉画像の位相マップを複数生成し、複数のATI位相マップから位相のアンラップを行うことで、目標を検出するようにしてもよい。
また、任意の2枚のSAR画像からDPCA画像を複数生成して、複数のDPCA画像からATI位相マップを生成し、そのATI位相マップから位相のアンラップを行うことで、目標を検出するようにしてもよい。
The
Here, in the moving target detection process, an average image of a plurality of SAR images may be calculated, and the target may be detected by generating a DPCA image by subtracting the average image from an arbitrary SAR image. (See, for example, Non-Patent Document 4) A plurality of interference image phase maps are generated from any two SAR images, and a target is detected by performing phase unwrapping from the plurality of ATI phase maps. May be.
In addition, a plurality of DPCA images are generated from two arbitrary SAR images, an ATI phase map is generated from the plurality of DPCA images, and a target is detected by performing phase unwrapping from the ATI phase map. Also good.
この実施の形態4では、MIMOに用いるアンテナ数を増大することができることを示しており、MTI処理部123に与えられるSAR画像が増える分だけ、上記実施の形態1よりも更に高精度に目標を検出することができる。
また、位相中心の重複する処理系統を省略できることも示している。これにより、処理の簡略化が可能になる。
The fourth embodiment shows that the number of antennas used for MIMO can be increased, and the target can be set with higher accuracy than the first embodiment by the amount of SAR images given to the
It also shows that processing systems with overlapping phase centers can be omitted. Thereby, the process can be simplified.
上記実施の形態1〜4では、送受信アンテナ1,2から放射される送信パルスPT1,PT2の波形が同じであるものを想定しているが、送信パルスPT1,PT2の波形が異なっていてもよい。
例えば、送受信アンテナ1から放射される送信パルスPT1の波形と、送受信アンテナ2から放射される送信パルスPT2の波形とが直交するように、直交波形を送受信アンテナ毎に割り当てるようにしてもよい。
In the first to fourth embodiments, it is assumed that the waveforms of the transmission pulses P T1 and P T2 radiated from the transmission and
For example, the orthogonal waveform may be assigned to each transmission / reception antenna so that the waveform of the transmission pulse P T1 radiated from the transmission /
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。 In the present invention, within the scope of the invention, any combination of the embodiments, or any modification of any component in each embodiment, or omission of any component in each embodiment is possible. .
1,2 送受信アンテナ(送信アンテナ、受信アンテナ)、11 局部発振器(送信処理手段、受信処理手段)、12 送信処理部(送信処理手段)、13,14 ミキサ(送信処理手段)、15,16 HPA(送信処理手段)、17,18 送受切り換え器(送信処理手段、受信処理手段)、19,20 LNA(受信処理手段)、21,22 ミキサ(受信処理手段)、23 受信処理部(受信処理手段)、31 送信パルス生成部(送信信号生成部)、32 符号生成部(ドップラシフト処理部)、33 乗算部(ドップラシフト処理部)、41 符号生成部(共役符号乗算部)、42,43 乗算部(共役符号乗算部)、44〜47 帯域外成分除去部(所望信号成分抽出部)、48〜51 画像再生処理部(画像再生部)、52 MTI処理部(目標検出部)、61〜64 折り返し解消処理部、65〜68 アジマスFFT部(フーリエ変換部)、69〜72 0挿入部、73〜76 アジマスIFFT部(逆フーリエ変換部)、77〜80 依存関係回復処理部、81 符号生成部(ドップラシフト処理部)、82 符号生成部(共役符号乗算部)、91,92 受信アンテナ、93,94 LNA(受信処理手段)、95,96 ミキサ(受信処理手段)、97 受信処理部(受信処理手段)、101〜104 符号生成部(共役符号乗算部)、105〜108 乗算部(共役符号乗算部)、109〜115 帯域外成分除去部(所望信号成分抽出部)、116〜122 画像再生処理部、123 MTI処理部(目標検出部)。 1, 2 Transmission / reception antenna (transmission antenna, reception antenna), 11 Local oscillator (transmission processing means, reception processing means), 12 Transmission processing section (transmission processing means), 13, 14 Mixer (transmission processing means), 15, 16 HPA (Transmission processing means), 17, 18 Transmission / reception switch (transmission processing means, reception processing means), 19, 20 LNA (reception processing means), 21, 22 mixer (reception processing means), 23 reception processing section (reception processing means) ), 31 transmission pulse generation unit (transmission signal generation unit), 32 code generation unit (Doppler shift processing unit), 33 multiplication unit (Doppler shift processing unit), 41 code generation unit (conjugate code multiplication unit), 42, 43 multiplication (Conjugate code multiplication unit), 44 to 47 out-of-band component removal unit (desired signal component extraction unit), 48 to 51 image reproduction processing unit (image reproduction unit), 52 MTI processing Part (target detection part), 61-64 aliasing elimination processing part, 65-68 azimuth FFT part (Fourier transform part), 69-720 insertion part, 73-76 azimuth IFFT part (inverse Fourier transform part), 77-80 Dependency recovery processing unit, 81 code generation unit (Doppler shift processing unit), 82 code generation unit (conjugate code multiplication unit), 91, 92 reception antenna, 93, 94 LNA (reception processing means), 95, 96 mixer (reception) Processing unit), 97 reception processing unit (reception processing unit), 101-104 code generation unit (conjugate code multiplication unit), 105-108 multiplication unit (conjugate code multiplication unit), 109-115 out-of-band component removal unit (desired signal) Component extraction unit), 116-122 image reproduction processing unit, 123 MTI processing unit (target detection unit).
Claims (9)
上記送信アンテナから空間に放射された後、目標に散乱されて戻ってくる上記送信信号の散乱波を受信する複数の受信アンテナと、
上記複数の送信アンテナから放射される送信信号を生成する送信処理手段と、
上記複数の受信アンテナの受信信号から所望の信号成分をそれぞれ抽出して、上記所望の信号成分から画像を再生し、複数の再生画像から目標を検出する受信処理手段とを備え、
上記送信処理手段は、上記複数の送信アンテナから放射される送信信号の中で、基準となる送信信号以外の送信信号に対して、上記受信アンテナの受信信号のドップラ帯域幅より大きなドップラシフト量を与えることを特徴とする合成開口レーダ装置。 A plurality of transmission antennas that radiate transmission signals into space;
A plurality of receiving antennas that receive the scattered waves of the transmission signal that are radiated from the transmitting antenna into space and then scattered back to the target;
Transmission processing means for generating transmission signals radiated from the plurality of transmission antennas;
Receiving processing means for respectively extracting desired signal components from the received signals of the plurality of receiving antennas, reproducing an image from the desired signal component, and detecting a target from the plurality of reproduced images;
The transmission processing means has a Doppler shift amount larger than a Doppler bandwidth of a reception signal of the reception antenna with respect to a transmission signal other than a reference transmission signal among transmission signals radiated from the plurality of transmission antennas. A synthetic aperture radar device characterized by:
複数の送信アンテナの数と同数の送信信号を生成する送信信号生成部と、
受信アンテナの受信信号のドップラ帯域幅より大きなドップラシフト量を与える線形位相符号を生成し、上記送信信号生成部により生成された送信信号の中で、基準となる送信信号以外の送信信号に対して、上記線形位相符号を乗算するドップラシフト処理部と
から構成されていることを特徴とする請求項1記載の合成開口レーダ装置。 The transmission processing means
A transmission signal generator that generates the same number of transmission signals as the number of transmission antennas;
A linear phase code that gives a Doppler shift amount larger than the Doppler bandwidth of the reception signal of the reception antenna is generated, and among the transmission signals generated by the transmission signal generation unit, a transmission signal other than the reference transmission signal is generated. The synthetic aperture radar apparatus according to claim 1, further comprising: a Doppler shift processing unit that multiplies the linear phase code.
ドップラシフト処理部により生成された線形位相符号と共役の符号を生成し、複数の受信アンテナの受信信号に対して、上記線形位相符号と共役の符号を乗算する共役符号乗算部と、
上記共役符号乗算部により共役の符号が乗算される前の複数の受信信号及び上記共役符号乗算部により共役の符号が乗算された後の複数の受信信号から所望の信号成分をそれぞれ抽出する所望信号成分抽出部と、
上記所望信号成分抽出部により抽出された複数の所望の信号成分から画像をそれぞれ再生する画像再生部と、
上記画像再生部により再生された複数の画像から目標を検出する目標検出部とから構成されている
ことを特徴とする請求項2記載の合成開口レーダ装置。 The reception processing means
A conjugate code multiplier that generates a conjugate code and a linear phase code generated by the Doppler shift processing unit, and multiplies the received signals of a plurality of reception antennas by the linear phase code and the conjugate code;
Desired signals for extracting desired signal components from a plurality of received signals before being multiplied by a conjugate code by the conjugate code multiplier and a plurality of received signals after being multiplied by a conjugate code by the conjugate code multiplier Component extraction unit;
An image reproduction unit that reproduces an image from each of a plurality of desired signal components extracted by the desired signal component extraction unit;
The synthetic aperture radar apparatus according to claim 2, further comprising: a target detection unit that detects a target from a plurality of images reproduced by the image reproduction unit.
受信処理手段は、
ドップラシフト処理部により生成された線形位相符号と共役の符号を生成し、複数の受信アンテナの受信信号に対して、上記線形位相符号と共役の符号を乗算する共役符号乗算部と、
上記共役符号乗算部により共役の符号が乗算される前の複数の受信信号及び上記共役符号乗算部により共役の符号が乗算された後の複数の受信信号における各チャネルの信号成分の折り返しを解消する折り返し解消処理部と、
上記折り返し解消処理部により各チャネルの信号成分の折り返しが解消された複数の受信信号をアジマス方向にそれぞれフーリエ変換するフーリエ変換部と、
上記フーリエ変換部の複数のフーリエ変換結果から所望の信号成分をそれぞれ抽出する所望信号成分抽出部と、
上記所望信号成分抽出部により抽出された複数の所望の信号成分の外側に0をそれぞれ挿入する0挿入部と、
上記0挿入部により外側に0が挿入された複数の所望の信号成分をアジマス方向にそれぞれ逆フーリエ変換する逆フーリエ変換部と、
上記折り返し解消処理部により折り返しが解消される前の複数の受信信号におけるアジマス時間とドップラ周波数の依存関係と一致するように、上記逆フーリエ変換部の複数の逆フーリエ変換結果におけるアジマス時間とドップラ周波数の依存関係をそれぞれ回復する依存関係回復処理部と、
上記依存関係回復処理部により依存関係が回復された複数の逆フーリエ変換結果から画像をそれぞれ再生する複数の画像再生部と、
上記画像再生部により再生された複数の画像から目標を検出する目標検出部とから構成されている
ことを特徴とする請求項2記載の合成開口レーダ装置。 In the case of carrying out spotlight observation or sliding spot observation in which a plurality of transmitting antennas continuously irradiate a limited observation area while changing the beam direction as the platform moves,
The reception processing means
A conjugate code multiplier that generates a conjugate code and a linear phase code generated by the Doppler shift processing unit, and multiplies the received signals of a plurality of reception antennas by the linear phase code and the conjugate code;
Reversal of signal component of each channel in a plurality of received signals before being multiplied by a conjugate code by the conjugate code multiplier and a plurality of received signals after being multiplied by a conjugate code by the conjugate code multiplier A wrapping cancellation processing unit;
A Fourier transform unit that Fourier-transforms each of the plurality of received signals in which the aliasing of the signal component of each channel has been resolved by the aliasing cancellation processing unit in the azimuth direction;
A desired signal component extraction unit for extracting desired signal components from a plurality of Fourier transform results of the Fourier transform unit;
A 0 insertion unit that inserts 0 outside each of the plurality of desired signal components extracted by the desired signal component extraction unit;
An inverse Fourier transform unit that performs inverse Fourier transform on each of a plurality of desired signal components having 0 inserted outside by the 0 insertion unit in the azimuth direction;
The azimuth time and the Doppler frequency in the plurality of inverse Fourier transform results of the inverse Fourier transform unit so as to coincide with the dependency relationship between the azimuth time and the Doppler frequency in the plurality of reception signals before the aliasing cancellation processing unit cancels the aliasing. A dependency recovery processing unit for recovering the dependency relationships of
A plurality of image reproduction units for reproducing images respectively from a plurality of inverse Fourier transform results whose dependency relationship has been recovered by the dependency relationship recovery processing unit;
The synthetic aperture radar apparatus according to claim 2, further comprising: a target detection unit that detects a target from a plurality of images reproduced by the image reproduction unit.
上記複数の送受信アンテナが送信処理手段により生成された送信信号を空間に放射し、
上記複数の送受信アンテナが目標に散乱されて戻ってくる上記送信信号の散乱波を受信して、その受信信号を受信処理手段に出力する
ことを特徴とする請求項1から請求項8のうちのいずれか1項記載の合成開口レーダ装置。 A plurality of transmission / reception antennas that serve as both transmission and reception antennas are provided.
The plurality of transmission / reception antennas radiate transmission signals generated by the transmission processing means into space,
The plurality of transmission / reception antennas receive scattered waves of the transmission signal that are scattered back to the target and output the received signals to reception processing means. The synthetic aperture radar device according to any one of the preceding claims.
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