JP2015161662A - radar signal processing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、合成開口レーダ(SAR:Synthetic Aperture Radar)の画像であるSAR画像に含まれているクラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分を抑圧して、移動目標を検出するレーダ信号処理装置に関するものである。 The present invention relates to a radar signal processing device that detects a moving target by suppressing clutter components and azimuth ambiguity components included in a SAR image that is an image of a synthetic aperture radar (SAR). is there.
以下の非特許文献1に開示されているレーダ信号処理装置では、複数の送受信アンテナを軌道方向に具備することで複数のチャンネルを有し、送受信の位相中心が軌道方向で異なる状態で観測された複数のSAR画像(観測領域が同一で観測時刻が異なる複数のSAR画像)を取得する。
そして、このレーダ信号処理装置では、複数のSAR画像間の位置合わせ(レジストレーション)を実施した後に、複数のSAR画像間の差分をとることで、クラッタ成分を抑圧して移動目標を検出するMTI(Moving Target Indicator)処理を実施する。
In the radar signal processing apparatus disclosed in
In this radar signal processing device, after performing alignment (registration) between a plurality of SAR images, the difference between the plurality of SAR images is taken to suppress the clutter component and detect the moving target. (Moving Target Indicator) processing is performed.
ただし、複数のSAR画像には、クラッタ成分の他に、アンテナパターンのサイドローブに起因するアジマスアンビギュイティ成分が発生している場合がある。
このとき、チャンネル間の送受信の位相中心が重複する条件であるDPCA(Diplaced Phase Center Antenna)条件を満足している場合には、複数のSAR画像間のレジストレーションをピクセル単位で行うことができるため、アジマスアンビギュイティ成分もクラッタ成分と同様に抑圧して移動目標を検出することが可能である。
しかし、DPCA条件を満足していない場合、複数のSAR画像間のレジストレーションをサブピクセル単位で行うことになる。サブピクセル単位でのリサンプリングを伴うレジストレーションを行う場合、アジマスアンビギュイティ成分はクラッタ成分と異なる振る舞いをするため、レジストレーション後のSAR画像内のアジマスアンビギュイティ成分に位相回転が発生する。その結果、複数のSAR画像間の差分をとってもアジマスアンビギュイティ成分が残余する問題が生じる。
However, in some SAR images, in addition to the clutter component, an azimuth ambiguity component due to the side lobe of the antenna pattern may occur.
At this time, when a DPCA (Dilated Phase Center Antenna) condition, which is a condition in which the phase centers of transmission and reception between channels overlap, registration between a plurality of SAR images can be performed in units of pixels. The moving target can be detected by suppressing the azimuth ambiguity component in the same way as the clutter component.
However, when the DPCA condition is not satisfied, registration between a plurality of SAR images is performed in units of subpixels. When performing registration with resampling in units of subpixels, the azimuth ambiguity component behaves differently from the clutter component, and thus phase rotation occurs in the azimuth ambiguity component in the SAR image after registration. As a result, there arises a problem that azimuth ambiguity components remain even if differences between a plurality of SAR images are taken.
ここで、上記の問題を確認するため、非特許文献1に開示されているレーダ信号処理装置の目標検知方式を簡単に説明する。
図9は非特許文献1に開示されているレーダ信号処理装置を示す構成図であり、図10は図9のレーダ信号処理装置の処理内容を示すフローチャートである。
このレーダ信号処理装置は、1つの送信アンテナからパルスが繰り返し放射され、2つの受信アンテナが目標に反射された上記パルスの反射波を受信することで、2枚のSAR画像(1)(2)を取得し、2枚のSAR画像(1)(2)から移動目標を検出するものである。
このとき、2つの受信アンテナ間の距離は、プラットフォーム速度Vpに対して、2mVp/PRF+2LVp/PRFで表されるものとする。PFR(Pulse Repetition Frequency)はパルス繰返し周波数、m整数、Lは実数、0<L<1である。
L=0の場合には、図11に示すように、送受のアンテナ位相中心が重複するDPCA条件を満足するが、ここでは、L≠0であるために、図12に示すように、DPCA条件を満足しないものとする。
Here, in order to confirm the above problem, a target detection method of the radar signal processing device disclosed in Non-Patent
FIG. 9 is a block diagram showing a radar signal processing device disclosed in Non-Patent
This radar signal processing apparatus receives two reflected SAR images (1) and (2) by receiving a reflected wave of the above-described pulse reflected from a target by repeatedly radiating a pulse from one transmitting antenna. And the moving target is detected from the two SAR images (1) and (2).
At this time, the distance between the two receiving antennas is expressed by 2 mV p / PRF + 2LV p / PRF with respect to the platform speed V p . PFR (Pulse Repetition Frequency) is a pulse repetition frequency, m integer, L is a real number, and 0 <L <1.
In the case of L = 0, the DPCA condition in which the transmission / reception antenna phase centers overlap is satisfied as shown in FIG. 11, but here, since L ≠ 0, the DPCA condition is satisfied as shown in FIG. Is not satisfied.
まず、レジストレーション部101は、SAR画像(2)の位置をSAR画像(1)の位置に合わせるレジストレーションを行う(図10のステップST101)。
このとき、レジストレーション部101は、アジマス方向の(m+L)ピクセルの画像ずれを補正するため、アジマスリサンプリングを行う。この結果、p番目のレンジビン、q番目のアジマスビンにおけるSAR画像(1)の受信信号r1(p,q)は以下のように記述される。
First, the
At this time, the
式(1)において、s(p,q)は、図13に示すようなクラッタ成分111であり、a+(p,q)は図13に示すような1次のアジマスアンビギュイティ成分112、a−(p,q)は図13に示すような1次のアジマスアンビギュイティ成分113である。
1次のアジマスアンビギュイティ成分は、アンテナのサイドローブパターンによって発生したものであるとして、2次以降の成分は無視できるほど小さいものとする。
n1(p,q)はSAR画像(1)内の雑音成分、t1(p,q)はSAR画像(1)内の移動目標成分である。
なお、レンジビンはP個、アジマスビンはQ個存在するものとしている。
In equation (1), s (p, q) is a
The primary azimuth ambiguity component is generated by the sidelobe pattern of the antenna, and the secondary and subsequent components are assumed to be negligibly small.
n 1 (p, q) is a noise component in the SAR image (1), and t 1 (p, q) is a moving target component in the SAR image (1).
Note that there are P range bins and Q azimuth bins.
一方、p番目のレンジビン、q番目のアジマスビンにおけるSAR画像(2)の受信信号r2(p,q)は以下のように記述される。
式(2)において、n2(p,q)はSAR画像(2)内の雑音成分、t2(p,q)はSAR画像(2)内の移動目標成分である。
On the other hand, the received signal r 2 (p, q) of the SAR image (2) in the p-th range bin and the q-th azimuth bin is described as follows.
In Expression (2), n 2 (p, q) is a noise component in the SAR image (2), and t 2 (p, q) is a moving target component in the SAR image (2).
上記のように、SAR画像(1)(2)に生じているアジマスアンビギュイティ成分に位相回転が発生するのは、クラッタ成分に対してアジマスアンビギュイティ成分の周波数帯が異なるにもかかわらず、クラッタ成分と同様のアジマスリサンプリングが施されるためである。
ただし、実際にはPRF未満のドップラー周波数帯域制限を帯域幅BDで行っているため、図13の下図のような信号成分になる。しかし、この場合も、アンテナのサイドローブパターンに起因するアジマスアンビギュイティ成分は残余している。
As described above, phase rotation occurs in the azimuth ambiguity component generated in the SAR images (1) and (2), although the frequency band of the azimuth ambiguity component differs from the clutter component. This is because azimuth resampling similar to that of the clutter component is performed.
However, since the Doppler frequency band limitation less than the PRF is actually performed with the bandwidth BD , the signal components are as shown in the lower diagram of FIG. However, also in this case, the azimuth ambiguity component resulting from the sidelobe pattern of the antenna remains.
差分画像生成部102は、SAR画像(1)と、レジストレーション後のSAR画像(2)との差分を取ることで、SAR画像(1)(2)に含まれているクラッタ成分を抑圧し(ステップST102)、両画像の差分画像を出力する(ステップST103)。
SAR画像(1)と、レジストレーション後のSAR画像(2)との差分画像の信号成分は、下記の式(3)のように表される。
The difference
The signal component of the difference image between the SAR image (1) and the registered SAR image (2) is expressed by the following equation (3).
L=0でDPCA条件を満足していれば、アジマスアンビギュイティ成分112,113が残ることなく、差分画像から移動目標成分を確認することが可能である。
しかし、L≠0でDPCA条件を満足していなければ、図14に示すように、アジマスアンビギュイティ成分が残余するため、移動目標の検出が困難になる。
If the DPCA condition is satisfied when L = 0, the moving target component can be confirmed from the difference image without the
However, if L ≠ 0 and the DPCA condition is not satisfied, the azimuth ambiguity component remains as shown in FIG.
従来のレーダ信号処理装置は以上のように構成されているので、目標に反射されたパルスの反射波を受信する複数のアンテナの位相中心が重複しているというDPCA条件を満足している場合、SAR画像(1)と、レジストレーション後のSAR画像(2)との差分をとれば、アジマスアンビギュイティ成分を除去することができる。しかし、DPCA条件を満足していない場合、SAR画像(1)と、レジストレーション後のSAR画像(2)との差分をとっても、アジマスアンビギュイティ成分が残余するため、移動目標を検出することができなくなることがある課題があった。 Since the conventional radar signal processing apparatus is configured as described above, when the DPCA condition that the phase centers of the plurality of antennas that receive the reflected waves of the pulse reflected by the target overlap is satisfied, Taking the difference between the SAR image (1) and the registered SAR image (2), the azimuth ambiguity component can be removed. However, if the DPCA condition is not satisfied, the moving target can be detected because the azimuth ambiguity component remains even if the difference between the SAR image (1) and the registered SAR image (2) is taken. There was a problem that could be impossible.
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、DPCA条件を満足していない場合でも、クラッタ成分とアジマスアンビギュイティ成分の両方を抑圧して、移動目標を検出することができるレーダ信号処理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. Even when the DPCA condition is not satisfied, the moving target can be detected by suppressing both the clutter component and the azimuth ambiguity component. An object of the present invention is to obtain a radar signal processing device capable of performing the above.
この発明に係るレーダ信号処理装置は、観測領域が同一で観測時刻が異なる複数の合成開口レーダ画像の位置合わせを行う位置合わせ手段と、位置合わせ手段により位置合わせが行われた複数の合成開口レーダ画像におけるドップラー周波数領域の信号成分を正の領域と負の領域に分別する信号成分分別手段と、信号成分分別手段により正の領域に分別された信号成分に含まれているクラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分を推定して、正の領域に分別された信号成分に含まれているクラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分を抑圧するとともに、信号成分分別手段により負の領域に分別された信号成分に含まれているクラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分を推定して、負の領域に分別された信号成分に含まれているクラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分を抑圧する不要成分抑圧手段とを設け、目標検出手段が、不要成分抑圧手段によりクラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分が抑圧された信号成分を有する画像から移動目標を検出するようにしたものである。 A radar signal processing apparatus according to the present invention includes an alignment unit that aligns a plurality of synthetic aperture radar images having the same observation region and different observation times, and a plurality of synthetic aperture radars that are aligned by the alignment unit A signal component classification unit that classifies signal components in the Doppler frequency domain in an image into a positive region and a negative region; The clutter component and the azimuth ambiguity component contained in the signal component classified into the positive region are suppressed and included in the signal component separated into the negative region by the signal component separation means. Clutter component and azimuth ambiguity component are estimated and included in the signal component sorted into the negative region. An unnecessary component suppression unit that suppresses the clutter component and the azimuth ambiguity component is provided. It is intended to be detected.
この発明によれば、位置合わせ手段により位置合わせが行われた複数の合成開口レーダ画像におけるドップラー周波数領域の信号成分を正の領域と負の領域に分別する信号成分分別手段と、信号成分分別手段により正の領域に分別された信号成分に含まれているクラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分を推定して、正の領域に分別された信号成分に含まれているクラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分を抑圧するとともに、信号成分分別手段により負の領域に分別された信号成分に含まれているクラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分を推定して、負の領域に分別された信号成分に含まれているクラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分を抑圧する不要成分抑圧手段とを設けるように構成したので、複数のアンテナの位相中心が重複していない場合でも、クラッタ成分とアジマスアンビギュイティ成分の両方を抑圧して、移動目標を検出することができる効果がある。 According to the present invention, the signal component classification unit that classifies the signal component in the Doppler frequency domain in the plurality of synthetic aperture radar images that have been aligned by the registration unit into the positive region and the negative region, and the signal component classification unit Clutter component and azimuth ambiguity component included in the signal component classified into the positive region by estimating the clutter component and azimuth ambiguity component included in the signal component classified into the positive region And the clutter component and the azimuth ambiguity component included in the signal component classified into the negative region by the signal component classification means are estimated and included in the signal component classified into the negative region. Unnecessary component suppression means for suppressing the existing clutter component and azimuth ambiguity component. Even if the phase centers of the antenna do not overlap, by suppressing both of the clutter components and azimuth ambiguity components, there is an effect capable of detecting a moving target.
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1によるレーダ信号処理装置を示す構成図である。
図1において、レジストレーション部1は観測領域が同一で観測時刻が異なる複数の合成開口レーダ画像であるSAR画像(1)とSAR画像(2)が与えられると、SAR画像(2)の位置をSAR画像(1)の位置に合わせるレジストレーションを実施する。なお、レジストレーション部1は位置合わせ手段を構成している。
1 is a block diagram showing a radar signal processing apparatus according to
In FIG. 1, when a
信号成分推定部2は信号成分分別部3と不要成分抑圧部4から構成されており、クラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分を抑圧したSAR画像(1)とSAR画像(2)を出力する処理を実施する。
信号成分分別部3はレジストレーション部1により位置合わせが行われたSAR画像(1)(2)におけるドップラー周波数領域の信号成分を正の領域と負の領域に分別する処理を実施する。なお、信号成分分別部3は信号成分分別手段を構成している。
The signal component estimation unit 2 includes a signal component classification unit 3 and an unnecessary component suppression unit 4, and performs a process of outputting a SAR image (1) and a SAR image (2) in which clutter components and azimuth ambiguity components are suppressed. carry out.
The signal component classification unit 3 performs a process of classifying the signal components in the Doppler frequency region in the SAR images (1) and (2), which are aligned by the
不要成分抑圧部4は信号成分分別部3により正の領域に分別された信号成分に含まれているクラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分以外の成分を仮定して、そのクラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分を推定することで、正の領域に分別された信号成分に含まれているクラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分を抑圧するとともに、信号成分分別部3により負の領域に分別された信号成分に含まれているクラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分以外の成分を仮定して、そのクラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分を推定することで、負の領域に分別された信号成分に含まれているクラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分を抑圧する処理を実施する。なお、不要成分抑圧部4は不要成分抑圧手段を構成している。
目標検出部5は不要成分抑圧部4によりクラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分が抑圧された信号成分を有する画像から移動目標を検出する処理を実施する。なお、目標検出部5は目標検出手段を構成している。
The unnecessary component suppression unit 4 assumes a component other than the clutter component and the azimuth ambiguity component included in the signal component classified into the positive area by the signal component classification unit 3, and the clutter component and the azimuth ambiguity. By estimating the component, the clutter component and the azimuth ambiguity component contained in the signal component classified into the positive region are suppressed, and the signal component classified into the negative region by the signal component classification unit 3 is suppressed. Assuming components other than the included clutter component and azimuth ambiguity component, and estimating the clutter component and azimuth ambiguity component, the clutter included in the signal component classified into the negative region The process which suppresses a component and an azimuth ambiguity component is implemented. The unnecessary component suppressing unit 4 constitutes an unnecessary component suppressing unit.
The
図1の例では、レーダ信号処理装置の構成要素であるレジストレーション部1、信号成分推定部2及び目標検出部5のそれぞれが専用のハードウェア(例えば、CPUを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなど)で構成されているものを想定しているが、レーダ信号処理装置がコンピュータで構成されていてもよい。
レーダ信号処理装置をコンピュータで構成する場合、レジストレーション部1、信号成分推定部2及び目標検出部5の処理内容を記述しているプログラムをコンピュータのメモリに格納し、当該コンピュータのCPUが当該メモリに格納されているプログラムを実行するようにすればよい。
図2はこの発明の実施の形態1によるレーダ信号処理装置の処理内容を示すフローチャートである。
In the example of FIG. 1, each of the
When the radar signal processing apparatus is configured by a computer, a program describing the processing contents of the
FIG. 2 is a flowchart showing the processing contents of the radar signal processing apparatus according to
次に動作について説明する。
この実施の形態1では、1つの送信アンテナからパルスが繰り返し放射され、2つの受信アンテナが目標に反射された上記パルスの反射波を受信することで、2枚のSAR画像(1)(2)を取得し、2枚のSAR画像(1)(2)から移動目標を検出するものとする。
このとき、2つの受信アンテナ間の距離は、プラットフォーム速度Vpに対して、2mVp/PRF+2LVp/PRFで表されるものとする。PFR(Pulse Repetition Frequency)はパルス繰返し周波数、m整数、Lは実数、−1<L<0又は0<L<1である。
L=0の場合には、図11に示すように、送受のアンテナ位相中心が重複するDPCA条件を満足するが、この実施の形態1では、L≠0であるために、図12に示すように、DPCA条件を満足しないものとする。
Next, the operation will be described.
In this first embodiment, two SAR images (1) and (2) are received by receiving a reflected wave of the pulse, which is repeatedly radiated from one transmitting antenna and reflected by two receiving antennas. And the moving target is detected from the two SAR images (1) and (2).
At this time, the distance between the two receiving antennas is expressed by 2 mV p / PRF + 2LV p / PRF with respect to the platform speed V p . PFR (Pulse Repetition Frequency) is a pulse repetition frequency, m integer, L is a real number, and -1 <L <0 or 0 <L <1.
In the case of L = 0, as shown in FIG. 11, the DPCA condition in which the transmission / reception antenna phase centers overlap is satisfied, but in this
レジストレーション部1は、観測領域が同一で観測時刻が異なるSAR画像(1)とSAR画像(2)が与えられると、SAR画像(2)の位置をSAR画像(1)の位置に合わせるレジストレーションを実施する(図2のステップST1)。
このとき、レジストレーション部1は、アジマス方向の(m+L)ピクセルの画像ずれを補正するため、アジマスリサンプリングを行う。この結果、p番目のレンジビン、q番目のアジマスビンにおけるSAR画像(1)の受信信号r1(p,q)は以下のように記述される。
When the SAR image (1) and the SAR image (2) having the same observation area and different observation times are given, the
At this time, the
式(4)において、s(p,q)は、図13に示すようなクラッタ成分111であり、a+(p,q)は図13に示すような1次のアジマスアンビギュイティ成分112、a−(p,q)は図13に示すような1次のアジマスアンビギュイティ成分113である。
1次のアジマスアンビギュイティ成分は、アンテナのサイドローブパターンによって発生したものであるとして、2次以降の成分は無視できるほど小さいものとする。
n1(p,q)はSAR画像(1)内の雑音成分、t1(p,q)はSAR画像(1)内の移動目標成分である。
なお、レンジビンはP個、アジマスビンはQ個存在するものとしている。
In Equation (4), s (p, q) is a
The primary azimuth ambiguity component is generated by the sidelobe pattern of the antenna, and the secondary and subsequent components are assumed to be negligibly small.
n 1 (p, q) is a noise component in the SAR image (1), and t 1 (p, q) is a moving target component in the SAR image (1).
Note that there are P range bins and Q azimuth bins.
一方、p番目のレンジビン、q番目のアジマスビンにおけるSAR画像(2)の受信信号r2(p,q)は以下のように記述される。
式(5)において、n2(p,q)はSAR画像(2)内の雑音成分、t2(p,q)はSAR画像(2)内の移動目標成分である。
On the other hand, the received signal r 2 (p, q) of the SAR image (2) in the p-th range bin and the q-th azimuth bin is described as follows.
In Expression (5), n 2 (p, q) is a noise component in the SAR image (2), and t 2 (p, q) is a moving target component in the SAR image (2).
信号成分推定部2は、レジストレーション部1により位置合わせが行われたSAR画像(1)とSAR画像(2)を受けると、そのSAR画像(1)とSAR画像(2)に含まれているクラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分を推定して、そのクラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分を抑圧し、クラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分を抑圧したSAR画像(1)とSAR画像(2)を出力する。
以下、信号成分推定部2の処理内容を具体的に説明する。
When the signal component estimation unit 2 receives the SAR image (1) and the SAR image (2) that have been aligned by the
Hereinafter, the processing content of the signal component estimation part 2 is demonstrated concretely.
SAR画像(1)の受信信号r1(p,q)及びレジストレーション後のSAR画像(2)の受信信号r2(p,q)には、2種類のアジマスアンビギュイティ成分が混在している。
この問題を簡単化するため、信号成分推定部2の信号成分分別部3は、SAR画像(1)におけるドップラー周波数領域の信号成分を正の領域と負の領域に分別し、SAR画像(2)におけるドップラー周波数領域の信号成分を正の領域と負の領域に分別する(ステップST2)。
Two types of azimuth ambiguity components are mixed in the reception signal r 1 (p, q) of the SAR image (1) and the reception signal r 2 (p, q) of the SAR image (2) after registration. Yes.
In order to simplify this problem, the signal component classification unit 3 of the signal component estimation unit 2 classifies the signal component in the Doppler frequency domain in the SAR image (1) into a positive region and a negative region, and the SAR image (2). The signal component in the Doppler frequency region at is separated into a positive region and a negative region (step ST2).
SAR画像(1)及びレジストレーション後のSAR画像(2)における2P個のドップラー周波数の信号成分は、図13の下図のように表される。
この信号成分をそれぞれ2つにコピーして、一方の信号成分をドップラー周波数領域の負の領域に0系列を与え、他方の信号成分をドップラー周波数領域の正の領域に0系列を与えると、前者のスペクトルは図3のようになり、後者のスペクトルは図4のようになる。
上記のスペクトルを時間領域に戻すと、ドップラー周波数領域の負の領域に0系列が与えたられたSAR画像(1)の受信信号r1+(p,q)及びレジストレーション後のSAR画像(2)の受信信号r2+(p,q)は、下記の式(6)(7)のように表され、ドップラー周波数領域の正の領域に0系列が与えたられたSAR画像(1)の受信信号r1−(p,q)及びレジストレーション後のSAR画像(2)の受信信号r2−(p,q)は、下記の式(8)(9)のように表される。
The signal components of 2P Doppler frequencies in the SAR image (1) and the SAR image (2) after registration are expressed as shown in the lower diagram of FIG.
When this signal component is copied into two, one signal component is given a zero sequence in the negative region of the Doppler frequency region, and the other signal component is given a zero sequence in the positive region of the Doppler frequency region, the former The spectrum of FIG. 3 is as shown in FIG. 3, and the latter spectrum is as shown in FIG.
When the above spectrum is returned to the time domain, the received signal r 1+ (p, q) of the SAR image (1) in which the zero sequence is given to the negative region of the Doppler frequency domain and the SAR image after registration (2) The received signal r 2+ (p, q) of the SAR image (1) is expressed by the following formulas (6) and (7), and the zero sequence is given to the positive region of the Doppler frequency region. r 1- (p, q) and the received signal r 2- (p, q) of the SAR image (2) after registration are expressed by the following equations (8) and (9).
式(6)〜(9)において、クラッタ成分、移動目標成分及び雑音成分に付記されている下字の+は、受信信号と同様に、ドップラー周波数領域の負の領域に0系列が与えられて得られる信号であることを表し、下字の−は、ドップラー周波数領域の正の領域に0系列が与えられて得られる信号であることを表している。このような変換を行うことで、推定問題を簡単化することができる。 In the expressions (6) to (9), the subscript + added to the clutter component, the moving target component, and the noise component indicates that the 0 series is given to the negative region of the Doppler frequency region as in the case of the received signal. The subscript-indicates that the signal is obtained by giving a zero sequence to the positive region of the Doppler frequency region. By performing such conversion, the estimation problem can be simplified.
不要成分抑圧部4は、受信信号r1+(p,q),r2+(p,q)を用いて、なるべく移動目標成分が含まれないように、クラッタ成分s+(p,q)及びアジマスアンビギュイティ成分a+(p,q)を推定するとともに、受信信号r1−(p,q),r2−(p,q)を用いて、なるべく移動目標成分が含まれないように、クラッタ成分s−(p,q)及びアジマスアンビギュイティ成分a−(p,q)を推定する(ステップST3)。
以下、受信信号r1+(p,q),r2+(p,q)を用いて、クラッタ成分s+(p,q)及びアジマスアンビギュイティ成分a+(p,q)を推定する処理を説明する。
The unnecessary component suppressing unit 4 uses the received signals r 1+ (p, q), r 2+ (p, q) to prevent the clutter component s + (p, q) and azimuth from being included as much as possible. In addition to estimating the ambiguity component a + (p, q) and using the received signals r 1− (p, q), r 2− (p, q), a moving target component is included as much as possible. The clutter component s − (p, q) and the azimuth ambiguity component a − (p, q) are estimated (step ST3).
Hereinafter, a process of estimating the clutter component s + (p, q) and the azimuth ambiguity component a + (p, q) using the received signal r 1+ (p, q), r 2+ (p, q). explain.
まず、受信信号r1+(p,q),r2+(p,q)の定式化を整理する。
受信信号r1+(p,q),r2+(p,q)の定式を行列とベクトルで表すと、以下のように与えられる。
First, the formulation of the received signals r 1+ (p, q), r 2+ (p, q) is organized.
The formula of the received signal r 1+ (p, q), r 2+ (p, q) is expressed as a matrix and a vector as follows.
式(10)のように定式化された信号の推定方法の1つとして、最小二乗法が知られている(例えば、非特許文献2)。
[非特許文献2]
M. K. Steven,“Fundamentals of Statistical Signal Processing : Estimation Theory”,Prentice Hall PTR Prentice-Hall,Inc.,1993.
最小二乗法による具体的な推定方法を式で表すと、下記の式(16)のようになる。
A least square method is known as one of signal estimation methods formulated as in Expression (10) (for example, Non-Patent Document 2).
[Non-Patent Document 2]
MK Steven, “Fundamentals of Statistical Signal Processing: Estimation Theory”, Prentice Hall PTR Prentice-Hall, Inc., 1993.
A specific estimation method based on the least square method is expressed by an equation (16) below.
式(16)において、Sの文字の上に付されている“−”は、推定結果であることを表している。以下、他の文字の上に“−”が付されている場合も、同様に推定結果であることを表している。
また、式(16)において、−1の添え字は逆行列を表し、Hの添え字は共役転置を表している。
In Expression (16), “-” added on the letter S represents an estimation result. Hereinafter, the case where “-” is added on other characters also indicates the estimation result.
In the equation (16), the subscript −1 represents an inverse matrix, and the subscript H represents a conjugate transpose.
しかし、最小二乗法で推定する場合、クラッタ成分s+(p,q)とアジマスアンビギュイティ成分a+(p,q)以外の雑音成分n1+(p,q),n2+(p,q)や移動目標成分t1+(p,q)の存在を仮定していない。
このため、例えば、受信信号r1+(p,q)に含まれているクラッタ成分s+(p,q)とアジマスアンビギュイティ成分a+(p,q)を抑圧するために、クラッタ成分s+(p,q)とアジマスアンビギュイティ成分a+(p,q)を用いて、r1+(p,q)−s+(p,q)−a+(p,q)を計算しても0となり、移動目標成分t1+(p,q)が残余しない。
したがって、最小二乗法で推定する方式は適用することができず、クラッタ成分s+(p,q)とアジマスアンビギュイティ成分a+(p,q)以外の信号の存在を仮定する推定方法を用いる必要がある。
そこで、この実施の形態1では、ウィナーフィルタを用いて、信号の推定を行うものとする。
However, when estimating by the least square method, noise components n 1+ (p, q), n 2+ (p, q) other than the clutter component s + (p, q) and the azimuth ambiguity component a + (p, q) ) And the moving target component t 1+ (p, q) are not assumed.
Therefore, for example, in order to suppress the clutter component s + (p, q) and the azimuth ambiguity component a + (p, q) included in the received signal r 1+ (p, q), the clutter component s By using + (p, q) and the azimuth ambiguity component a + (p, q), r 1+ (p, q) −s + (p, q) −a + (p, q) is calculated Is also 0, and the moving target component t 1+ (p, q) does not remain.
Therefore, the method of estimating by the least square method cannot be applied, and an estimation method that assumes the existence of signals other than the clutter component s + (p, q) and the azimuth ambiguity component a + (p, q) is assumed. It is necessary to use it.
Therefore, in the first embodiment, it is assumed that a signal is estimated using a Wiener filter.
ウィナーフィルタを用いる推定方法を式で表すと、下記の式(17)のようになる。
ただし、E(a+/s+)はアジマスアンビギュイティ成分a+(p,q)とクラッタ成分s+(p,q)の電力比の期待値であり、E(n+/s+)は雑音成分n+(p,q)とクラッタ成分s+(p,q)の電力比の期待値である。
The estimation method using the Wiener filter is expressed by the following equation (17).
However, E (a + / s + ) is an expected value of the power ratio between the azimuth ambiguity component a + (p, q) and the clutter component s + (p, q), and E (n + / s + ) Is an expected value of the power ratio between the noise component n + (p, q) and the clutter component s + (p, q).
この推定方式は、クラッタ成分s+(p,q)とアジマスアンビギュイティ成分a+(p,q)以外の信号の存在を仮定し、それらの信号の存在が、クラッタ成分s+(p,q)とアジマスアンビギュイティ成分a+(p,q)の推定の際に含まれる量を統計的に最小化した方式である。
したがって、r1+(p,q)−s+(p,q)−a+(p,q)を計算した場合には、移動目標成分t1+(p,q)が残余する。
This estimation method assumes the presence of signals other than the clutter component s + (p, q) and the azimuth ambiguity component a + (p, q), and the presence of these signals is determined by the clutter component s + (p, q). This is a method in which the amount contained in the estimation of q) and the azimuth ambiguity component a + (p, q) is statistically minimized.
Therefore, when r 1 + (p, q) −s + (p, q) −a + (p, q) is calculated, the moving target component t 1+ (p, q) remains.
受信信号r1−(p,q),r2−(p,q)についても同様に、行列とベクトルで表すと、以下のように与えられる。
Similarly, the received signals r 1- (p, q) and r 2- (p, q) are given as follows when expressed in matrix and vector.
また、ウィナーフィルタを用いる推定方法は、下記の式(26)のようになる。
An estimation method using a Wiener filter is as shown in the following equation (26).
不要成分抑圧部4は、ウィナーフィルタを用いて、クラッタ成分s+(p,q),s−(p,q)とアジマスアンビギュイティ成分a+(p,q),a−(p,q)を推定すると、それらの推定結果を用いて、SAR画像(1)の受信信号r1(p,q)に含まれているクラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分を抑圧するとともに、SAR画像(2)の受信信号r2(p,q)に含まれているクラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分を抑圧する(ステップST4)。
クラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分の抑圧方法は、いくつかのバリエーションが考えられる。
最も単純な抑圧方法としては、以下の計算を行うものがある。
The unnecessary component suppression unit 4 uses a Wiener filter to perform the clutter components s + (p, q), s − (p, q) and the azimuth ambiguity components a + (p, q), a − (p, q ) Is used to suppress the clutter component and the azimuth ambiguity component included in the received signal r 1 (p, q) of the SAR image (1) using the estimation results, and to reduce the SAR image (2 The clutter component and the azimuth ambiguity component included in the received signal r 2 (p, q) are suppressed (step ST4).
There are several possible variations of the clutter component and azimuth ambiguity component suppression methods.
The simplest suppression method is to perform the following calculation.
式(29)の計算結果又は式(30)の計算結果を用いれば、移動目標を検出することが可能であるが、下記の式(31)に示すように、2チャンネルの成分を合成すれば、より移動目標の検出性能を高めることができる。
It is possible to detect a moving target by using the calculation result of Expression (29) or the calculation result of Expression (30). However, as shown in the following Expression (31), if two-channel components are synthesized, Thus, the detection performance of the moving target can be improved.
なお、不要成分抑圧部4により推定されたクラッタ成分s+(p,q),s−(p,q)とアジマスアンビギュイティ成分a+(p,q),a−(p,q)には推定誤差が含まれている。
特に、クラッタ成分の推定誤差は、クラッタ成分の電力が大きいことから、移動目標の検出性能劣化に大きく寄与すると考えられる。
そこで、不要成分抑圧部4により推定されたクラッタ成分s+(p,q),s−(p,q)を用いずにクラッタを除去し、残ったアジマスアンビギュイティ成分a+(p,q),a−(p,q)を抑圧する下記の処理が考えられる。
Note that the clutter components s + (p, q), s − (p, q) and the azimuth ambiguity components a + (p, q), a − (p, q) estimated by the unnecessary component suppression unit 4 are used. Contains the estimation error.
In particular, it is considered that the clutter component estimation error greatly contributes to the degradation of the detection performance of the moving target because the power of the clutter component is large.
Therefore, the clutter is removed without using the clutter components s + (p, q) and s − (p, q) estimated by the unnecessary component suppression unit 4, and the remaining azimuth ambiguity components a + (p, q ), A − (p, q) can be considered as follows.
上記の不要成分抑圧部4によるクラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分の抑圧は、振幅の次元で行っているが、下記に示すように、電力の次元で行ってから、振幅の次元に戻すことで、移動目標の検出性能を高めることも可能である。
Although the clutter component and the azimuth ambiguity component suppression by the unnecessary component suppression unit 4 is performed in the amplitude dimension, as shown below, it is performed in the power dimension and then returned to the amplitude dimension. It is also possible to improve the detection performance of the moving target.
図5は不要成分抑圧部4によりクラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分が抑圧された信号成分を有する画像を示す説明図である。
図5の例では、4個の移動目標成分が表されており、クラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分が抑圧されている。
目標検出部5は、不要成分抑圧部4によりクラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分が抑圧された信号成分を有する画像(以下、「抑圧後画像」と称する)から移動目標を検出する(ステップST5)。
移動目標の検出処理としては、閾値判定処理などが考えられるが、抑圧後画像を電力成分に変換してから閾値判定処理を行うようにしてもよい。また、雑音を低減するために、移動平均フィルタなどを施してから閾値判定処理を行うようにしてもよい。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing an image having a signal component in which the clutter component and the azimuth ambiguity component are suppressed by the unnecessary component suppression unit 4.
In the example of FIG. 5, four moving target components are represented, and the clutter component and the azimuth ambiguity component are suppressed.
The
As the moving target detection process, a threshold determination process or the like can be considered. However, the threshold determination process may be performed after the suppressed image is converted into a power component. In order to reduce noise, a threshold determination process may be performed after applying a moving average filter or the like.
また、SAR画像(1)とSAR画像(2)を干渉させて、移動目標の速度推定を行うATI(Along Track Interferometry)にも用いることが可能である。
具体的には、以下の偏角による位相マップを計算する。
式(37)において、*は共役を示す記号である。
It can also be used for ATI (Along Track Interferometry) that estimates the speed of a moving target by causing the SAR image (1) and the SAR image (2) to interfere with each other.
Specifically, a phase map with the following declination is calculated.
In the formula (37), * is a symbol indicating conjugation.
以上で明らかなように、この実施の形態1によれば、レジストレーション部1により位置合わせが行われたSAR画像(1)(2)におけるドップラー周波数領域の信号成分を正の領域と負の領域に分別する信号成分分別部3と、信号成分分別部3により正の領域に分別された信号成分に含まれているクラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分以外の成分を仮定して、そのクラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分を推定することで、正の領域に分別された信号成分に含まれているクラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分を抑圧するとともに、信号成分分別部3により負の領域に分別された信号成分に含まれているクラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分以外の成分を仮定して、そのクラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分を推定することで、負の領域に分別された信号成分に含まれているクラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分を抑圧する不要成分抑圧部4とを設けるように構成したので、複数のアンテナの位相中心が重複していない場合でも、クラッタ成分とアジマスアンビギュイティ成分の両方を抑圧して、移動目標を検出することができる効果を奏する。
As is apparent from the above, according to the first embodiment, the signal components in the Doppler frequency region in the SAR images (1) and (2) that have been aligned by the
この実施の形態1では、上記の式(18)(19)に示すように、アジマスアンビギュイティ成分a+(p,q)とクラッタ成分s+(p,q)の電力比の期待値E(a+/s+)と、雑音成分n+(p,q)とクラッタ成分s+(p,q)の電力比の期待値E(n+/s+)とを用いて、ウィナーフィルタを生成するとともに、式(27)(28)に示すように、アジマスアンビギュイティ成分a−(p,q)とクラッタ成分s−(p,q)の電力比の期待値E(a−/s−)と、雑音成分n−(p,q)とクラッタ成分s−(p,q)の電力比の期待値E(n−/s−)とを用いて、ウィナーフィルタを生成し、それらのウィナーフィルタを用いて、クラッタ成分s+(p,q),s−(p,q)とアジマスアンビギュイティ成分a+(p,q),a−(p,q)を推定するものを示したが、その推定処理とウィナーフィルタの生成処理を再帰的に繰り返し実施して、その推定精度を高めるようにしてもよい。 In the first embodiment, as shown in the above equations (18) and (19), the expected value E of the power ratio between the azimuth ambiguity component a + (p, q) and the clutter component s + (p, q) Using the (a + / s + ) and the expected value E (n + / s + ) of the power ratio of the noise component n + (p, q) and the clutter component s + (p, q), the Wiener filter is used. As shown in equations (27) and (28), the expected value E (a − / s) of the power ratio between the azimuth ambiguity component a − (p, q) and the clutter component s − (p, q) - a), the noise component n - (p, q) and clutter components s - (p, the expected value E of the power ratio q) (n - / s -) and was used to produce a Wiener filter, their using Wiener filters, clutter component s + (p, q), s - (p, q) and Ajimasua Bigyuiti components a + (p, q), a - (p, q) showed to estimate, and the generation process of the estimation process and the Wiener filter repeatedly performed recursively to enhance the estimation accuracy It may be.
即ち、不要成分抑圧部4は、期待値E(a+/s+),E(n+/s+)を用いて生成したウィナーフィルタを用いて、クラッタ成分s+(p,q)とアジマスアンビギュイティ成分a+(p,q)を推定したのち、その推定したアジマスアンビギュイティ成分a+(p,q)とクラッタ成分s+(p,q)の電力比(a+/s+)と、その推定したクラッタ成分s+(p,q)と雑音成分n+(p,q)の電力比(n+/s+)とを用いて、ウィナーフィルタを再生成し、その再生成したウィナーフィルタを用いて、クラッタ成分s+(p,q)とアジマスアンビギュイティ成分a+(p,q)を推定するようにする。
同様に、期待値E(a−/s−),E(n−/s−)を用いて生成したウィナーフィルタを用いて、クラッタ成分s−(p,q)とアジマスアンビギュイティ成分a−(p,q)を推定したのち、その推定したアジマスアンビギュイティ成分a−(p,q)とクラッタ成分s−(p,q)の電力比(a−/s−)と、その推定したクラッタ成分s−(p,q)と雑音成分n−(p,q)の電力比(n−/s−)とを用いて、ウィナーフィルタを再生成し、その再生成したウィナーフィルタを用いて、クラッタ成分s−(p,q)とアジマスアンビギュイティ成分a−(p,q)を推定するようにする。
In other words, the unnecessary component suppression unit 4 uses the Wiener filter generated using the expected values E (a + / s + ) and E (n + / s + ) to generate the clutter component s + (p, q) and azimuth. ambiguity components a + (p, q) After estimating the azimuth ambiguity components a + (p, q) obtained by the estimated clutter component s + (p, q) power ratio (a + / s + ) And the estimated power ratio (n + / s + ) of the clutter component s + (p, q) and the noise component n + (p, q) to regenerate the Wiener filter The clutter component s + (p, q) and the azimuth ambiguity component a + (p, q) are estimated using the Wiener filter.
Similarly, using a Wiener filter generated using the expected values E (a − / s − ) and E (n − / s − ), the clutter component s − (p, q) and the azimuth ambiguity component a − After estimating (p, q), the estimated power ratio (a − / s − ) between the estimated azimuth ambiguity component a − (p, q) and clutter component s − (p, q) is estimated. Using the power ratio (n − / s − ) of the clutter component s − (p, q) and the noise component n − (p, q), the Wiener filter is regenerated, and the regenerated Wiener filter is used. The clutter component s − (p, q) and the azimuth ambiguity component a − (p, q) are estimated.
不要成分抑圧部4は、アジマスアンビギュイティ成分等の推定処理とウィナーフィルタの生成処理を再帰的に繰り返す場合、例えば、その推定したクラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分が収束しているか否かを判定し、その推定したクラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分が収束するまで、その推定処理と生成処理を繰り返すようにしてもよいし、予め設定された回数だけ、その推定処理と生成処理を繰り返すようにしてもよい。
なお、クラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分の収束判定としては、例えば、前回の推定結果と今回推定結果を比較して、それらの推定結果の差分が予め設定された閾値以内であれば、収束していると判定する方法が考えられる。
When the unnecessary component suppression unit 4 recursively repeats the estimation processing of the azimuth ambiguity component and the like and the Wiener filter generation processing, for example, whether or not the estimated clutter component and azimuth ambiguity component have converged is determined. The estimation process and the generation process may be repeated until the estimated clutter component and the azimuth ambiguity component converge, or the estimation process and the generation process may be repeated a preset number of times. It may be.
In addition, as the convergence determination of the clutter component and the azimuth ambiguity component, for example, the previous estimation result and the current estimation result are compared, and if the difference between these estimation results is within a preset threshold, the convergence is achieved. It can be considered to determine that it is.
この実施の形態1では、不要成分抑圧部4が、期待値E(a+/s+),E(n+/s+)を用いて、ウィナーフィルタを生成するものを示したが、信号成分におけるピクセル単位の信号電力を計算し、クラッタ成分の電力が支配的である場合(クラッタ成分の信号電力の割合が予め設定された閾値以上である場合)、クラッタ成分の信号電力を用いて、ウィナーフィルタを生成するようにしてもよい。
即ち、上記の式(18)(19)における期待値E(a+/s+),E(n+/s+)、,式(27)(28)における期待値E(a−/s−),E(n−/s−)の代わりに、クラッタ成分の信号電力に反比例する値を代入して、ウィナーフィルタを生成するようにしてもよい。
この場合も、アジマスアンビギュイティ成分等の推定処理とウィナーフィルタの生成処理を再帰的に繰り返し実施して、その推定精度を高めるようにしてもよい。
In the first embodiment, the unnecessary component suppressing unit 4 generates the Wiener filter by using the expected values E (a + / s + ) and E (n + / s + ). If the signal power of the clutter component is dominant (if the ratio of the signal power of the clutter component is greater than or equal to a preset threshold value), the signal power of the clutter component is used to calculate the signal power of the clutter component. A filter may be generated.
That is, expected values E (a + / s + ) and E (n + / s + ) in the above equations (18) and (19), and expected values E (a − / s − in equations (27) and (28). ), E (n − / s − ), a winner filter may be generated by substituting a value inversely proportional to the signal power of the clutter component.
Also in this case, the estimation accuracy of the azimuth ambiguity component and the like and the Wiener filter generation processing may be recursively repeated to improve the estimation accuracy.
即ち、不要成分抑圧部4は、クラッタ成分の信号電力を用いて生成したウィナーフィルタを用いて、クラッタ成分s+(p,q)とアジマスアンビギュイティ成分a+(p,q)を推定したのち、その推定したアジマスアンビギュイティ成分a+(p,q)とクラッタ成分s+(p,q)の電力比(a+/s+)と、その推定したクラッタ成分s+(p,q)と雑音成分n+(p,q)の電力比(n+/s+)とを用いて、ウィナーフィルタを再生成し、その再生成したウィナーフィルタを用いて、クラッタ成分s+(p,q)とアジマスアンビギュイティ成分a+(p,q)を推定するようにする。
同様に、クラッタ成分の信号電力を用いて生成したウィナーフィルタを用いて、クラッタ成分s−(p,q)とアジマスアンビギュイティ成分a−(p,q)を推定したのち、その推定したアジマスアンビギュイティ成分a−(p,q)とクラッタ成分s−(p,q)の電力比(a−/s−)と、その推定したクラッタ成分s−(p,q)と雑音成分n−(p,q)の電力比(n−/s−)とを用いて、ウィナーフィルタを再生成し、その再生成したウィナーフィルタを用いて、クラッタ成分s−(p,q)とアジマスアンビギュイティ成分a−(p,q)を推定するようにする。
不要成分抑圧部4は、アジマスアンビギュイティ成分等の推定処理とウィナーフィルタの生成処理を再帰的に繰り返す場合、例えば、その推定したクラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分が収束しているか否かを判定し、その推定したクラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分が収束するまで、その推定処理と生成処理を繰り返すようにしてもよいし、予め設定された回数だけ、その推定処理と生成処理を繰り返すようにしてもよい。
That is, the unnecessary component suppression unit 4 estimates the clutter component s + (p, q) and the azimuth ambiguity component a + (p, q) using the Wiener filter generated using the signal power of the clutter component. After that, the power ratio (a + / s + ) of the estimated azimuth ambiguity component a + (p, q) and the clutter component s + (p, q) and the estimated clutter component s + (p, q ) And the power ratio (n + / s + ) of the noise component n + (p, q) to regenerate the Wiener filter, and use the regenerated Wiener filter to generate the clutter component s + (p, q) and the azimuth ambiguity component a + (p, q) are estimated.
Similarly, the clutter component s − (p, q) and the azimuth ambiguity component a − (p, q) are estimated using the Wiener filter generated using the signal power of the clutter component, and then the estimated azimuth is estimated. The power ratio (a − / s − ) between the ambiguity component a − (p, q) and the clutter component s − (p, q), the estimated clutter component s − (p, q), and the noise component n − The Wiener filter is regenerated using the power ratio (n − / s − ) of (p, q), and the clutter component s − (p, q) and the azimuth ambiguity are regenerated using the regenerated Wiener filter. The tee component a − (p, q) is estimated.
When the unnecessary component suppression unit 4 recursively repeats the estimation processing of the azimuth ambiguity component and the like and the Wiener filter generation processing, for example, whether or not the estimated clutter component and azimuth ambiguity component have converged is determined. The estimation process and the generation process may be repeated until the estimated clutter component and the azimuth ambiguity component converge, or the estimation process and the generation process may be repeated a preset number of times. It may be.
この実施の形態1では、不要成分抑圧部4が、ウィナーフィルタを用いて、クラッタ成分s+(p,q),s−(p,q)とアジマスアンビギュイティ成分a+(p,q),a−(p,q)を推定するものを示したが、正則化最小二乗法を行うフィルタを用いて、クラッタ成分s+(p,q),s−(p,q)とアジマスアンビギュイティ成分a+(p,q),a−(p,q)を推定するようにしてもよい。正則化最小二乗法を行うフィルタは、下記の式(38)のように表される。
式(38)において、Iは単位行列、λは任意の実数である。
In the first embodiment, the unnecessary component suppressing unit 4 uses a Wiener filter to perform the clutter components s + (p, q), s − (p, q) and the azimuth ambiguity component a + (p, q). , A − (p, q) is shown, but the clutter components s + (p, q), s − (p, q) and the azimuth ambiguity are obtained using a filter that performs the regularized least squares method. The tee components a + (p, q), a − (p, q) may be estimated. A filter that performs the regularized least squares method is represented by the following equation (38).
In Equation (38), I is a unit matrix, and λ is an arbitrary real number.
ここでは、λが任意の実数であるものを示したが、λの代わりに、雑音成分n+(p,q)とクラッタ成分s+(p,q)の電力比の期待値E(n+/s+)(あるいは、雑音成分n−(p,q)とクラッタ成分s−(p,q)の電力比の期待値E(n−/s−))を式(38)に代入して、正則化最小二乗法を行うフィルタを生成するようにしてもよい。
また、信号成分におけるピクセル単位の信号電力を計算し、クラッタ成分の電力が支配的である場合(クラッタ成分の信号電力の割合が予め設定された閾値以上である場合)、λの代わりに、クラッタ成分の信号電力を式(38)に代入して、正則化最小二乗法を行うフィルタを生成するようにしてもよい。
Here, λ is an arbitrary real number, but instead of λ, an expected value E (n + ) of the power ratio between the noise component n + (p, q) and the clutter component s + (p, q) is shown. / S + ) (or the expected value E (n − / s − ) of the power ratio between the noise component n − (p, q) and the clutter component s − (p, q)) is substituted into the equation (38). A filter that performs the regularized least squares method may be generated.
In addition, when the signal power of the pixel component in the signal component is calculated and the power of the clutter component is dominant (when the ratio of the signal power of the clutter component is equal to or larger than a preset threshold value), the clutter is substituted for λ. A filter for performing the regularized least square method may be generated by substituting the signal power of the component into the equation (38).
この実施の形態1では、不要成分抑圧部4が、ウィナーフィルタ又は正則化最小二乗法を行うフィルタを用いて、クラッタ成分s+(p,q),s−(p,q)とアジマスアンビギュイティ成分a+(p,q),a−(p,q)を推定するものを示したが、これに限るものではなく、推定したい成分の他の信号成分の存在を仮定するフィルタや推定方式を適用することが可能である。
また、この実施の形態1では、2本の受信アンテナを用いる例を示したが、複数本の送信アンテナを用いる場合にも対応可能である。
In the first embodiment, the unnecessary component suppression unit 4 uses a Wiener filter or a filter that performs a regularized least squares method to generate clutter components s + (p, q), s − (p, q) and azimuth ambiguity. Although the estimation of the tee components a + (p, q), a − (p, q) is shown, the present invention is not limited to this, and a filter or estimation method that assumes the presence of other signal components of the component to be estimated It is possible to apply.
In the first embodiment, an example in which two reception antennas are used has been described. However, a case in which a plurality of transmission antennas are used can also be handled.
実施の形態2.
この実施の形態2では、1つの送信アンテナからパルスが繰り返し放射され、3つの受信アンテナが目標に反射された上記パルスの反射波を受信することで、3枚のSAR画像(1)(2)(3)を取得し、3枚のSAR画像(1)(2)(3)から移動目標を検出するレーダ信号処理装置について説明する。
このとき、プラットフォーム速度Vpに対して、SAR画像(1)に対応する受信アンテナと、SAR画像(2)に対応する受信アンテナとの距離は、2m2Vp/PRF+2L2Vp/PRFで表されるものとする。また、SAR画像(1)に対応する受信アンテナと、SAR画像(3)に対応する受信アンテナとの距離は、2m3Vp/PRF+2L3Vp/PRFで表されるものとする。
PFRはパルス繰返し周波数、m2,m3は整数、L2,L3は実数、0<L2、L3<1である。
Embodiment 2. FIG.
In the second embodiment, pulses are repeatedly radiated from one transmitting antenna, and three receiving antennas receive the reflected waves of the pulse reflected by the target, so that three SAR images (1) and (2) are received. A radar signal processing apparatus that acquires (3) and detects a moving target from three SAR images (1), (2), and (3) will be described.
At this time, the distance between the receiving antenna corresponding to the SAR image (1) and the receiving antenna corresponding to the SAR image (2) is 2m 2 V p / PRF + 2L 2 V p / PRF with respect to the platform speed V p . Shall be represented. In addition, the distance between the reception antenna corresponding to the SAR image (1) and the reception antenna corresponding to the SAR image (3) is expressed by 2m 3 V p / PRF + 2L 3 V p / PRF.
PFR is a pulse repetition frequency, m 2 and m 3 are integers, L 2 and L 3 are real numbers, and 0 <L 2 and L 3 <1.
図6はこの発明の実施の形態2によるレーダ信号処理装置を示す構成図である。
図6において、レジストレーション部11aは観測領域が同一で観測時刻が異なるSAR画像(1)とSAR画像(2)が与えられると、SAR画像(2)の位置をSAR画像(1)の位置に合わせるレジストレーションを実施する。
レジストレーション部11bは観測領域が同一で観測時刻が異なるSAR画像(1)とSAR画像(3)が与えられると、SAR画像(3)の位置をSAR画像(1)の位置に合わせるレジストレーションを実施する。なお、レジストレーション部11a,11bは位置合わせ手段を構成している。
FIG. 6 is a block diagram showing a radar signal processing apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.
In FIG. 6, when the SAR image (1) and the SAR image (2) having the same observation area and different observation times are given, the
When the SAR image (1) and the SAR image (3) having the same observation area and different observation times are given, the
信号成分推定部12は信号成分分別部13と不要成分抑圧部14から構成されており、クラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分を抑圧したSAR画像(1)(2)(3)を出力する処理を実施する。
信号成分分別部13はレジストレーション部11a,11bにより位置合わせが行われたSAR画像(1)(2)(3)におけるドップラー周波数領域の信号成分を正の領域と負の領域に分別する処理を実施する。なお、信号成分分別部13は信号成分分別手段を構成している。
The signal
The signal
不要成分抑圧部14は信号成分分別部13により正の領域に分別された信号成分に含まれているクラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分以外の成分を仮定して、そのクラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分を推定することで、正の領域に分別された信号成分に含まれているクラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分を抑圧するとともに、信号成分分別部13により負の領域に分別された信号成分に含まれているクラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分以外の成分を仮定して、そのクラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分を推定することで、負の領域に分別された信号成分に含まれているクラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分を抑圧する処理を実施する。なお、不要成分抑圧部14は不要成分抑圧手段を構成している。
目標検出部15は不要成分抑圧部14によりクラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分が抑圧された信号成分を有する画像から移動目標を検出する処理を実施する。なお、目標検出部15は目標検出手段を構成している。
The unnecessary
The
図6の例では、レーダ信号処理装置の構成要素であるレジストレーション部11a,11b、信号成分推定部12及び目標検出部15のそれぞれが専用のハードウェア(例えば、CPUを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなど)で構成されているものを想定しているが、レーダ信号処理装置がコンピュータで構成されていてもよい。
レーダ信号処理装置をコンピュータで構成する場合、レジストレーション部11a,11b、信号成分推定部12及び目標検出部15の処理内容を記述しているプログラムをコンピュータのメモリに格納し、当該コンピュータのCPUが当該メモリに格納されているプログラムを実行するようにすればよい。
In the example of FIG. 6, each of the
When the radar signal processing apparatus is configured by a computer, a program describing the processing contents of the
次に動作について説明する。
この実施の形態2では、観測領域が同一で観測時刻が異なる3枚のSAR画像(1)(2)(3)が与えられると、SAR画像(1)を基準にして、以下の処理を実施する。
レジストレーション部11aは、SAR画像(1)とSAR画像(2)が与えられると、SAR画像(2)の位置をSAR画像(1)の位置に合わせるレジストレーションを実施する。
また、レジストレーション部11aは、SAR画像(1)とSAR画像(3)が与えられると、SAR画像(3)の位置をSAR画像(1)の位置に合わせるレジストレーションを実施する。
このとき、レジストレーション部11aは、アジマス方向の(m2+L2)ピクセルの画像ずれを補正するため、アジマスリサンプリングを行う。
また、レジストレーション部11bは、アジマス方向の(m3+L3)ピクセルの画像ずれを補正するため、アジマスリサンプリングを行う。
この結果、p番目のレンジビン、q番目のアジマスビンにおけるSAR画像(1)の受信信号r1(p,q)は以下のように記述される。
Next, the operation will be described.
In the second embodiment, when three SAR images (1), (2), and (3) having the same observation area and different observation times are given, the following processing is performed based on the SAR image (1). To do.
When the SAR image (1) and the SAR image (2) are given, the
In addition, when the SAR image (1) and the SAR image (3) are given, the
At this time, the
Further, the
As a result, the received signal r 1 (p, q) of the SAR image (1) in the p-th range bin and the q-th azimuth bin is described as follows.
式(39)において、s(p,q)は、図13に示すようなクラッタ成分111であり、a+(p,q)は図13に示すような1次のアジマスアンビギュイティ成分112、a−(p,q)は図13に示すような1次のアジマスアンビギュイティ成分113である。
1次のアジマスアンビギュイティ成分は、アンテナのサイドローブパターンによって発生したものであるとして、2次以降の成分は無視できるほど小さいものとする。
n1(p,q)はSAR画像(1)内の雑音成分、t1(p,q)はSAR画像(1)内の移動目標成分である。
なお、レンジビンはP個、アジマスビンはQ個存在するものとしている。
In the equation (39), s (p, q) is a
The primary azimuth ambiguity component is generated by the sidelobe pattern of the antenna, and the secondary and subsequent components are assumed to be negligibly small.
n 1 (p, q) is a noise component in the SAR image (1), and t 1 (p, q) is a moving target component in the SAR image (1).
Note that there are P range bins and Q azimuth bins.
一方、p番目のレンジビン、q番目のアジマスビンにおけるSAR画像(2)の受信信号r2(p,q)は以下のように記述される。
式(40)において、n2(p,q)はSAR画像(2)内の雑音成分、t2(p,q)はSAR画像(2)内の移動目標成分である。
On the other hand, the received signal r 2 (p, q) of the SAR image (2) in the p-th range bin and the q-th azimuth bin is described as follows.
In Expression (40), n 2 (p, q) is a noise component in the SAR image (2), and t 2 (p, q) is a moving target component in the SAR image (2).
また、p番目のレンジビン、q番目のアジマスビンにおけるSAR画像(3)の受信信号r3(p,q)は以下のように記述される。
式(41)において、n3(p,q)はSAR画像(3)内の雑音成分、t3(p,q)はSAR画像(3)内の移動目標成分である。
The received signal r 3 (p, q) of the SAR image (3) in the p-th range bin and the q-th azimuth bin is described as follows.
In Expression (41), n 3 (p, q) is a noise component in the SAR image (3), and t 3 (p, q) is a moving target component in the SAR image (3).
信号成分推定部12は、レジストレーション部11a,11bにより位置合わせが行われたSAR画像(1)(2)(3)を受けると、そのSAR画像(1)(2)(3)に含まれているクラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分を推定して、そのクラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分を抑圧し、クラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分を抑圧したSAR画像(1)(2)(3)を出力する。
以下、信号成分推定部12の処理内容を具体的に説明する。
When the signal
Hereinafter, the processing content of the signal
SAR画像(1)の受信信号r1(p,q)、レジストレーション後のSAR画像(2)の受信信号r2(p,q)及びレジストレーション後のSAR画像(3)の受信信号r3(p,q)には、2種類のアジマスアンビギュイティ成分が混在している。
この問題を簡単化するため、信号成分推定部12の信号成分分別部13は、SAR画像(1)におけるドップラー周波数領域の信号成分を正の領域と負の領域に分別し、SAR画像(2)におけるドップラー周波数領域の信号成分を正の領域と負の領域に分別し、SAR画像(3)におけるドップラー周波数領域の信号成分を正の領域と負の領域に分別する。
Received signal r 1 (p, q) of SAR image (1), received signal r 2 (p, q) of SAR image (2) after registration, and received signal r 3 of SAR image (3) after registration Two types of azimuth ambiguity components are mixed in (p, q).
In order to simplify this problem, the signal
例えば、SAR画像(1)及びレジストレーション後のSAR画像(2)における2P個のドップラー周波数の信号成分は、図13の下図のように表される。
この信号成分をそれぞれ2つにコピーして、一方の信号成分をドップラー周波数領域の負の領域に0系列を与え、他方の信号成分をドップラー周波数領域の正の領域に0系列を与えると、前者のスペクトルは図3のようになり、後者のスペクトルは図4のようになる。
上記のスペクトルを時間領域に戻すと、ドップラー周波数領域の負の領域に0系列が与えたられたSAR画像(1)の受信信号r1+(p,q)、レジストレーション後のSAR画像(2)の受信信号r2+(p,q)及びレジストレーション後のSAR画像(3)の受信信号r3+(p,q)は、下記の式(42)〜(44)のように表され、ドップラー周波数領域の正の領域に0系列が与えたられたSAR画像(1)の受信信号r1−(p,q)、レジストレーション後のSAR画像(2)の受信信号r2−(p,q)及びレジストレーション後のSAR画像(3)の受信信号r3−(p,q)は、下記の式(45)〜(47)のように表される。
For example, signal components of 2P Doppler frequencies in the SAR image (1) and the registered SAR image (2) are expressed as shown in the lower diagram of FIG.
When this signal component is copied into two, one signal component is given a zero sequence in the negative region of the Doppler frequency region, and the other signal component is given a zero sequence in the positive region of the Doppler frequency region, the former The spectrum of FIG. 3 is as shown in FIG. 3, and the latter spectrum is as shown in FIG.
When the above spectrum is returned to the time domain, the received signal r 1+ (p, q) of the SAR image (1) in which the zero sequence is given to the negative region of the Doppler frequency region, the SAR image (2) after registration The received signal r 2+ (p, q) and the received signal r 3+ (p, q) of the registered SAR image (3) are expressed by the following equations (42) to (44), and the Doppler frequency The received signal r 1- (p, q) of the SAR image (1) in which a zero sequence is given to the positive area of the area, and the received signal r 2- (p, q) of the SAR image (2) after registration And the received signal r 3− (p, q) of the SAR image (3) after registration is expressed as the following equations (45) to (47).
式(42)〜(47)において、クラッタ成分、移動目標成分及び雑音成分に付記されている下字の+は、受信信号と同様に、ドップラー周波数領域の負の領域に0系列が与えられて得られる信号であることを表し、下字の−は、ドップラー周波数領域の正の領域に0系列が与えられて得られる信号であることを表している。このような変換を行うことで、推定問題を簡単化することができる。 In the expressions (42) to (47), the subscript + added to the clutter component, the moving target component, and the noise component indicates that the 0 series is given to the negative region of the Doppler frequency region, similarly to the received signal. The subscript-indicates that the signal is obtained by giving a zero sequence to the positive region of the Doppler frequency region. By performing such conversion, the estimation problem can be simplified.
不要成分抑圧部14は、受信信号r1+(p,q),r2+(p,q),r3+(p,q)を用いて、なるべく移動目標成分が含まれないように、クラッタ成分s+(p,q)及びアジマスアンビギュイティ成分a+(p,q)を推定するとともに、受信信号r1−(p,q),r2−(p,q),r3−(p,q)を用いて、なるべく移動目標成分が含まれないように、クラッタ成分s−(p,q)及びアジマスアンビギュイティ成分a−(p,q)を推定する。
以下、受信信号r1+(p,q),r2+(p,q),r3+(p,q)を用いて、クラッタ成分s+(p,q)及びアジマスアンビギュイティ成分a+(p,q)を推定する処理を説明する。
The unnecessary
Hereinafter, the clutter component s + (p, q) and the azimuth ambiguity component a + (p) are obtained using the received signals r 1+ (p, q), r 2+ (p, q), r 3+ (p, q). , Q) will be described.
まず、受信信号r1+(p,q),r2+(p,q),r3+(p,q)の定式化を整理する。
受信信号r1+(p,q),r2+(p,q),r3+(p,q)の定式を行列とベクトルで表すと、以下のように与えられる。
First, the formulation of the received signals r 1+ (p, q), r 2+ (p, q), r 3+ (p, q) is organized.
When the formulas of the received signals r 1+ (p, q), r 2+ (p, q), r 3+ (p, q) are expressed by matrices and vectors, they are given as follows.
この実施の形態2では、上記実施の形態1と同様の理由で、ウィナーフィルタを用いて、信号の推定を行う。
ウィナーフィルタを用いる推定方法を式で表すと、下記の式(54)のようになる。
ただし、E(a+/s+)はアジマスアンビギュイティ成分a+(p,q)とクラッタ成分s+(p,q)の電力比の期待値であり、E(n+/s+)は雑音成分n+(p,q)とクラッタ成分s+(p,q)の電力比の期待値である。
In the second embodiment, for the same reason as in the first embodiment, a signal is estimated using a Wiener filter.
The estimation method using the Wiener filter is represented by the following equation (54).
However, E (a + / s + ) is an expected value of the power ratio between the azimuth ambiguity component a + (p, q) and the clutter component s + (p, q), and E (n + / s + ) Is an expected value of the power ratio between the noise component n + (p, q) and the clutter component s + (p, q).
この推定方式は、クラッタ成分s+(p,q)とアジマスアンビギュイティ成分a+(p,q)以外の信号の存在を仮定し、それらの信号の存在が、クラッタ成分s+(p,q)とアジマスアンビギュイティ成分a+(p,q)の推定の際に含まれる量を統計的に最小化した方式である。
したがって、r1+(p,q)−s+(p,q)−a+(p,q)を計算した場合には、移動目標成分t1+(p,q)が残余する。
This estimation method assumes the presence of signals other than the clutter component s + (p, q) and the azimuth ambiguity component a + (p, q), and the presence of these signals is determined by the clutter component s + (p, q). This is a method in which the amount contained in the estimation of q) and the azimuth ambiguity component a + (p, q) is statistically minimized.
Therefore, when r 1+ (p, q) −s + (p, q) −a + (p, q) is calculated, the moving target component t 1+ (p, q) remains.
受信信号r1−(p,q),r2−(p,q),r3−(p,q)についても同様に、行列とベクトルで表すと、以下のように与えられる。
Similarly, the received signals r 1- (p, q), r 2- (p, q), r 3- (p, q) are given as follows when expressed in matrix and vector.
また、ウィナーフィルタを用いる推定方法は、下記の式(63)のようになる。
The estimation method using the Wiener filter is as shown in the following equation (63).
不要成分抑圧部14は、ウィナーフィルタを用いて、クラッタ成分s+(p,q),s−(p,q)とアジマスアンビギュイティ成分a+(p,q),a−(p,q)を推定すると、それらの推定結果を用いて、SAR画像(1)の受信信号r1(p,q)に含まれているクラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分を抑圧するとともに、SAR画像(2)の受信信号r2(p,q)に含まれているクラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分を抑圧する。
また、SAR画像(3)の受信信号r3(p,q)に含まれているクラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分を抑圧する。
最も単純な抑圧方法としては、以下の計算を行うものがある。
The unnecessary
Moreover, the clutter component and the azimuth ambiguity component contained in the received signal r 3 (p, q) of the SAR image (3) are suppressed.
The simplest suppression method is to perform the following calculation.
式(66)の計算結果、式(67)の計算結果又は式(68)の計算結果を用いれば、移動目標を検出することが可能であるが、下記の式(69)に示すように、3チャンネルの成分を合成すれば、より移動目標の検出性能を高めることができる。
The movement target can be detected by using the calculation result of Expression (66), the calculation result of Expression (67), or the calculation result of Expression (68), but as shown in Expression (69) below, If the three-channel components are combined, the detection performance of the moving target can be further enhanced.
なお、不要成分抑圧部14により推定されたクラッタ成分s+(p,q),s−(p,q)とアジマスアンビギュイティ成分a+(p,q),a−(p,q)には推定誤差が含まれている。
特に、クラッタ成分の推定誤差は、クラッタ成分の電力が大きいことから、移動目標の検出性能劣化に大きく寄与すると考えられる。
そこで、不要成分抑圧部14により推定されたクラッタ成分s+(p,q),s−(p,q)を用いずにクラッタを除去し、残ったアジマスアンビギュイティ成分a+(p,q),a−(p,q)を抑圧する下記の処理が考えられる。
Note that the clutter components s + (p, q), s − (p, q) and the azimuth ambiguity components a + (p, q), a − (p, q) estimated by the unnecessary
In particular, it is considered that the clutter component estimation error greatly contributes to the degradation of the detection performance of the moving target because the power of the clutter component is large.
Therefore, the clutter is removed without using the clutter components s + (p, q) and s − (p, q) estimated by the unnecessary
上記の不要成分抑圧部14によるクラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分の抑圧は、振幅の次元で行っているが、下記に示すように、電力の次元で行ってから、振幅の次元に戻すことで、移動目標の検出性能を高めることも可能である。
Although the clutter component and the azimuth ambiguity component suppression by the unnecessary
目標検出部15は、不要成分抑圧部14によりクラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分が抑圧された信号成分を有する画像である抑圧後画像から移動目標を検出する。
移動目標の検出処理としては、閾値判定処理などが考えられるが、抑圧後画像を電力成分に変換してから閾値判定処理を行うようにしてもよい。また、雑音を低減するために、移動平均フィルタなどを施してから閾値判定処理を行うようにしてもよい。
The
As the moving target detection process, a threshold determination process or the like can be considered. However, the threshold determination process may be performed after the suppressed image is converted into a power component. In order to reduce noise, a threshold determination process may be performed after applying a moving average filter or the like.
また、SAR画像(1)とSAR画像(2)、SAR画像(1)とSAR画像(3)、SAR画像(2)とSAR画像(3)を干渉させて、移動目標の速度推定を行うATIにも用いることが可能である。
具体的には、以下の偏角による位相マップを計算する。
式(76)〜(78)において、*は共役を示す記号である。
Also, the ATI that estimates the speed of the moving target by causing the SAR image (1) and the SAR image (2), the SAR image (1) and the SAR image (3), and the SAR image (2) and the SAR image (3) to interfere with each other. Can also be used.
Specifically, a phase map with the following declination is calculated.
In the formulas (76) to (78), * is a symbol indicating conjugation.
以上で明らかなように、この実施の形態2によれば、レジストレーション部11a,11bにより位置合わせが行われたSAR画像(1)(2)(3)におけるドップラー周波数領域の信号成分を正の領域と負の領域に分別する信号成分分別部13と、信号成分分別部13により正の領域に分別された信号成分に含まれているクラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分以外の成分を仮定して、そのクラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分を推定することで、正の領域に分別された信号成分に含まれているクラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分を抑圧するとともに、信号成分分別部13により負の領域に分別された信号成分に含まれているクラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分以外の成分を仮定して、そのクラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分を推定することで、負の領域に分別された信号成分に含まれているクラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分を抑圧する不要成分抑圧部14とを設けるように構成したので、複数のアンテナの位相中心が重複していない場合でも、クラッタ成分とアジマスアンビギュイティ成分の両方を抑圧して、移動目標を検出することができる効果を奏する。
また、上記実施の形態1よりも、チャンネル数が多いので、位相のアンラップを解くことで、速度推定範囲を拡大することができる効果を奏する。
As is apparent from the above, according to the second embodiment, the signal components in the Doppler frequency domain in the SAR images (1), (2), and (3) that have been aligned by the
In addition, since the number of channels is larger than that in the first embodiment, the speed estimation range can be expanded by solving the phase unwrapping.
この実施の形態2では、上記の式(55)(56)に示すように、アジマスアンビギュイティ成分a+(p,q)とクラッタ成分s+(p,q)の電力比の期待値E(a+/s+)と、雑音成分n+(p,q)とクラッタ成分s+(p,q)の電力比の期待値E(n+/s+)とを用いて、ウィナーフィルタを生成するとともに、式(64)(65)に示すように、アジマスアンビギュイティ成分a−(p,q)とクラッタ成分s−(p,q)の電力比の期待値E(a−/s−)と、雑音成分n−(p,q)とクラッタ成分s−(p,q)の電力比の期待値E(n−/s−)とを用いて、ウィナーフィルタを生成し、それらのウィナーフィルタを用いて、クラッタ成分s+(p,q),s−(p,q)とアジマスアンビギュイティ成分a+(p,q),a−(p,q)を推定するものを示したが、その推定処理とウィナーフィルタの生成処理を再帰的に繰り返し実施して、その推定精度を高めるようにしてもよい。 In the second embodiment, as shown in the above formulas (55) and (56), the expected value E of the power ratio between the azimuth ambiguity component a + (p, q) and the clutter component s + (p, q) Using the (a + / s + ) and the expected value E (n + / s + ) of the power ratio of the noise component n + (p, q) and the clutter component s + (p, q), the Wiener filter is used. And an expected value E (a − / s) of the power ratio between the azimuth ambiguity component a − (p, q) and the clutter component s − (p, q) as shown in the equations (64) and (65). - a), the noise component n - (p, q) and clutter components s - (p, the expected value E of the power ratio q) (n - / s -) and was used to produce a Wiener filter, their using Wiener filters, clutter component s + (p, q), s - (p, q) and Ajimasua Bigyuiti components a + (p, q), a - (p, q) showed to estimate, and the generation process of the estimation process and the Wiener filter repeatedly performed recursively to enhance the estimation accuracy It may be.
即ち、不要成分抑圧部14は、期待値E(a+/s+),E(n+/s+)を用いて生成したウィナーフィルタを用いて、クラッタ成分s+(p,q)とアジマスアンビギュイティ成分a+(p,q)を推定したのち、その推定したアジマスアンビギュイティ成分a+(p,q)とクラッタ成分s+(p,q)の電力比(a+/s+)と、その推定したクラッタ成分s+(p,q)と雑音成分n+(p,q)の電力比(n+/s+)とを用いて、ウィナーフィルタを再生成し、その再生成したウィナーフィルタを用いて、クラッタ成分s+(p,q)とアジマスアンビギュイティ成分a+(p,q)を推定するようにする。
同様に、期待値E(a−/s−),E(n−/s−)を用いて生成したウィナーフィルタを用いて、クラッタ成分s−(p,q)とアジマスアンビギュイティ成分a−(p,q)を推定したのち、その推定したアジマスアンビギュイティ成分a−(p,q)とクラッタ成分s−(p,q)の電力比(a−/s−)と、その推定したクラッタ成分s−(p,q)と雑音成分n−(p,q)の電力比(n−/s−)とを用いて、ウィナーフィルタを再生成し、その再生成したウィナーフィルタを用いて、クラッタ成分s−(p,q)とアジマスアンビギュイティ成分a−(p,q)を推定するようにする。
In other words, the unnecessary
Similarly, using a Wiener filter generated using the expected values E (a − / s − ) and E (n − / s − ), the clutter component s − (p, q) and the azimuth ambiguity component a − After estimating (p, q), the estimated power ratio (a − / s − ) between the estimated azimuth ambiguity component a − (p, q) and clutter component s − (p, q) is estimated. Using the power ratio (n − / s − ) of the clutter component s − (p, q) and the noise component n − (p, q), the Wiener filter is regenerated, and the regenerated Wiener filter is used. The clutter component s − (p, q) and the azimuth ambiguity component a − (p, q) are estimated.
不要成分抑圧部14は、アジマスアンビギュイティ成分等の推定処理とウィナーフィルタの生成処理を再帰的に繰り返す場合、例えば、その推定したクラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分が収束しているか否かを判定し、その推定したクラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分が収束するまで、その推定処理と生成処理を繰り返すようにしてもよいし、予め設定された回数だけ、その推定処理と生成処理を繰り返すようにしてもよい。
なお、クラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分の収束判定としては、例えば、前回の推定結果と今回推定結果を比較して、それらの推定結果の差分が予め設定された閾値以内であれば、収束していると判定する方法が考えられる。
When the unnecessary
In addition, as the convergence determination of the clutter component and the azimuth ambiguity component, for example, the previous estimation result and the current estimation result are compared, and if the difference between these estimation results is within a preset threshold, the convergence is achieved. It can be considered to determine that it is.
この実施の形態2では、不要成分抑圧部14が、期待値E(a+/s+),E(n+/s+)を用いて、ウィナーフィルタを生成するものを示したが、信号成分におけるピクセル単位の信号電力を計算し、クラッタ成分の電力が支配的である場合(クラッタ成分の信号電力の割合が予め設定された閾値以上である場合)、クラッタ成分の信号電力を用いて、ウィナーフィルタを生成するようにしてもよい。
即ち、上記の式(55)(56)における期待値E(a+/s+),E(n+/s+)、,式(64)(65)における期待値E(a−/s−),E(n−/s−)の代わりに、クラッタ成分の信号電力に反比例する値を代入して、ウィナーフィルタを生成するようにしてもよい。
この場合も、アジマスアンビギュイティ成分等の推定処理とウィナーフィルタの生成処理を再帰的に繰り返し実施して、その推定精度を高めるようにしてもよい。
In the second embodiment, the unnecessary
That is, the expected values E (a + / s + ), E (n + / s + ) in the above equations (55) and (56), and the expected value E (a − / s − in equations (64) and (65). ), E (n − / s − ), a winner filter may be generated by substituting a value inversely proportional to the signal power of the clutter component.
Also in this case, the estimation accuracy of the azimuth ambiguity component and the like and the Wiener filter generation processing may be recursively repeated to improve the estimation accuracy.
即ち、不要成分抑圧部14は、クラッタ成分の信号電力を用いて生成したウィナーフィルタを用いて、クラッタ成分s+(p,q)とアジマスアンビギュイティ成分a+(p,q)を推定したのち、その推定したアジマスアンビギュイティ成分a+(p,q)とクラッタ成分s+(p,q)の電力比(a+/s+)と、その推定したクラッタ成分s+(p,q)と雑音成分n+(p,q)の電力比(n+/s+)とを用いて、ウィナーフィルタを再生成し、その再生成したウィナーフィルタを用いて、クラッタ成分s+(p,q)とアジマスアンビギュイティ成分a+(p,q)を推定するようにする。
同様に、クラッタ成分の信号電力を用いて生成したウィナーフィルタを用いて、クラッタ成分s−(p,q)とアジマスアンビギュイティ成分a−(p,q)を推定したのち、その推定したアジマスアンビギュイティ成分a−(p,q)とクラッタ成分s−(p,q)の電力比(a−/s−)と、その推定したクラッタ成分s−(p,q)と雑音成分n−(p,q)の電力比(n−/s−)とを用いて、ウィナーフィルタを再生成し、その再生成したウィナーフィルタを用いて、クラッタ成分s−(p,q)とアジマスアンビギュイティ成分a−(p,q)を推定するようにする。
不要成分抑圧部14は、アジマスアンビギュイティ成分等の推定処理とウィナーフィルタの生成処理を再帰的に繰り返す場合、例えば、その推定したクラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分が収束しているか否かを判定し、その推定したクラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分が収束するまで、その推定処理と生成処理を繰り返すようにしてもよいし、予め設定された回数だけ、その推定処理と生成処理を繰り返すようにしてもよい。
That is, the unnecessary
Similarly, the clutter component s − (p, q) and the azimuth ambiguity component a − (p, q) are estimated using the Wiener filter generated using the signal power of the clutter component, and then the estimated azimuth is estimated. The power ratio (a − / s − ) between the ambiguity component a − (p, q) and the clutter component s − (p, q), the estimated clutter component s − (p, q), and the noise component n − The Wiener filter is regenerated using the power ratio (n − / s − ) of (p, q), and the clutter component s − (p, q) and the azimuth ambiguity are regenerated using the regenerated Wiener filter. The tee component a − (p, q) is estimated.
When the unnecessary
この実施の形態2では、不要成分抑圧部14が、ウィナーフィルタを用いて、クラッタ成分s+(p,q),s−(p,q)とアジマスアンビギュイティ成分a+(p,q),a−(p,q)を推定するものを示したが、正則化最小二乗法を行うフィルタを用いて、クラッタ成分s+(p,q),s−(p,q)とアジマスアンビギュイティ成分a+(p,q),a−(p,q)を推定するようにしてもよい。正則化最小二乗法を行うフィルタは、下記の式(79)のように表される。
式(79)において、Iは単位行列、λは任意の実数である。
In the second embodiment, the unnecessary
In Expression (79), I is a unit matrix, and λ is an arbitrary real number.
ここでは、λが任意の実数であるものを示したが、λの代わりに、雑音成分n+(p,q)とクラッタ成分s+(p,q)の電力比の期待値E(n+/s+)(あるいは、雑音成分n−(p,q)とクラッタ成分s−(p,q)の電力比の期待値E(n−/s−))を式(79)に代入して、正則化最小二乗法を行うフィルタを生成するようにしてもよい。
また、信号成分におけるピクセル単位の信号電力を計算し、クラッタ成分の電力が支配的である場合(クラッタ成分の信号電力の割合が予め設定された閾値以上である場合)、λの代わりに、クラッタ成分の信号電力を式(79)に代入して、正則化最小二乗法を行うフィルタを生成するようにしてもよい。
Here, λ is an arbitrary real number, but instead of λ, an expected value E (n + ) of the power ratio between the noise component n + (p, q) and the clutter component s + (p, q) is shown. / S + ) (or the expected value E (n − / s − ) of the power ratio between the noise component n − (p, q) and the clutter component s − (p, q)) is substituted into the equation (79). A filter that performs the regularized least squares method may be generated.
In addition, when the signal power of the pixel component in the signal component is calculated and the power of the clutter component is dominant (when the ratio of the signal power of the clutter component is equal to or larger than a preset threshold value), the clutter is substituted for λ. A filter for performing the regularized least square method may be generated by substituting the signal power of the component into the equation (79).
この実施の形態2では、不要成分抑圧部14が、ウィナーフィルタ又は正則化最小二乗法を行うフィルタを用いて、クラッタ成分s+(p,q),s−(p,q)とアジマスアンビギュイティ成分a+(p,q),a−(p,q)を推定するものを示したが、これに限るものではなく、推定したい成分の他の信号成分の存在を仮定するフィルタや推定方式を適用することが可能である。
また、この実施の形態2では、3本の受信アンテナを用いる例を示したが、4本以上の受信アンテナを用いる場合にも適用可能である。また、複数本の送信アンテナを用いる場合や、複数本の送信アンテナ及び複数本の受信アンテナを用いる場合にも対応可能である。
In the second embodiment, the unnecessary
In the second embodiment, an example in which three receiving antennas are used has been described. However, the present invention can also be applied to a case in which four or more receiving antennas are used. Further, it is possible to cope with a case where a plurality of transmission antennas are used or a case where a plurality of transmission antennas and a plurality of reception antennas are used.
実施の形態3.
この実施の形態3では、上記実施の形態2と同様に、3本の受信アンテナを用いる例を説明するが、図7に示すように、ドップラー周波数領域におけるアジマスアンビギュイティ成分の影響が大きく、ドップラー周波数領域で信号成分の分別を行っても、2種類のアジマスアンビギュイティ成分が混在してしまうことである。
この実施の形態3では、図7に示すように、2種類のアジマスアンビギュイティ成分が混在してしまう場合でも、クラッタ成分とアジマスアンビギュイティ成分の両方を抑圧して、移動目標を検出することができるレーダ信号処理装置を説明する。
Embodiment 3 FIG.
In this third embodiment, as in the second embodiment, an example using three receiving antennas will be described. However, as shown in FIG. 7, the influence of the azimuth ambiguity component in the Doppler frequency region is large, Even if the signal components are separated in the Doppler frequency region, two types of azimuth ambiguity components are mixed.
In the third embodiment, as shown in FIG. 7, even when two types of azimuth ambiguity components are mixed, both the clutter component and the azimuth ambiguity component are suppressed and the moving target is detected. A radar signal processing apparatus that can be used will be described.
図8はこの発明の実施の形態3によるレーダ信号処理装置を示す構成図であり、図において、図6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。
不要成分抑圧部20はレジストレーション部11a,11bにより位置合わせが行われたSAR画像(1)(2)(3)におけるドップラー周波数領域の正の領域の信号成分に含まれているクラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分以外の成分を仮定して、正の領域の信号成分に含まれているクラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分を推定することで、正の領域の信号成分に含まれているクラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分を抑圧するとともに、そのドップラー周波数領域の負の領域の信号成分に含まれているクラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分以外の成分を仮定して、負の領域の信号成分に含まれているクラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分を推定することで、負の領域の信号成分に含まれているクラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分を抑圧する処理を実施する。なお、不要成分抑圧部20は不要成分抑圧手段を構成している。
FIG. 8 is a block diagram showing a radar signal processing apparatus according to Embodiment 3 of the present invention. In the figure, the same reference numerals as those in FIG.
The unnecessary
この実施の形態3では、1つの送信アンテナからパルスが繰り返し放射され、3つの受信アンテナが目標に反射された上記パルスの反射波を受信することで、3枚のSAR画像(1)(2)(3)を取得し、3枚のSAR画像(1)(2)(3)から移動目標を検出するものとする。
このとき、プラットフォーム速度Vpに対して、SAR画像(1)に対応する受信アンテナと、SAR画像(2)に対応する受信アンテナとの距離は、2m2Vp/PRF+2L2Vp/PRFで表されるものとする。また、SAR画像(1)に対応する受信アンテナと、SAR画像(3)に対応する受信アンテナとの距離は、2m3Vp/PRF+2L3Vp/PRFで表されるものとする。
PFRはパルス繰返し周波数、m2,m3は整数、L2,L3は実数、0<L2、L3<1である。
In the third embodiment, pulses are repeatedly radiated from one transmitting antenna, and three receiving antennas receive the reflected waves of the pulse reflected by the target, so that three SAR images (1) and (2) are received. (3) is acquired, and the moving target is detected from the three SAR images (1), (2), and (3).
At this time, the distance between the receiving antenna corresponding to the SAR image (1) and the receiving antenna corresponding to the SAR image (2) is 2m 2 V p / PRF + 2L 2 V p / PRF with respect to the platform speed V p . Shall be represented. In addition, the distance between the reception antenna corresponding to the SAR image (1) and the reception antenna corresponding to the SAR image (3) is expressed by 2m 3 V p / PRF + 2L 3 V p / PRF.
PFR is a pulse repetition frequency, m 2 and m 3 are integers, L 2 and L 3 are real numbers, and 0 <L 2 and L 3 <1.
次に動作について説明する。
この実施の形態3では、観測領域が同一で観測時刻が異なる3枚のSAR画像(1)(2)(3)が与えられると、SAR画像(1)を基準にして、以下の処理を実施する。
レジストレーション部11aは、SAR画像(1)とSAR画像(2)が与えられると、SAR画像(2)の位置をSAR画像(1)の位置に合わせるレジストレーションを実施する。
また、レジストレーション部11aは、SAR画像(1)とSAR画像(3)が与えられると、SAR画像(3)の位置をSAR画像(1)の位置に合わせるレジストレーションを実施する。
このとき、レジストレーション部11aは、アジマス方向の(m2+L2)ピクセルの画像ずれを補正するため、アジマスリサンプリングを行う。
また、レジストレーション部11bは、アジマス方向の(m3+L3)ピクセルの画像ずれを補正するため、アジマスリサンプリングを行う。
この結果、p番目のレンジビン、q番目のアジマスビンにおけるSAR画像(1)の受信信号r1(p,q)は以下のように記述される。
Next, the operation will be described.
In the third embodiment, when three SAR images (1), (2), and (3) having the same observation area and different observation times are given, the following processing is performed based on the SAR image (1). To do.
When the SAR image (1) and the SAR image (2) are given, the
In addition, when the SAR image (1) and the SAR image (3) are given, the
At this time, the
Further, the
As a result, the received signal r 1 (p, q) of the SAR image (1) in the p-th range bin and the q-th azimuth bin is described as follows.
式(80)において、s(p,q)は、図13に示すようなクラッタ成分111であり、a+(p,q)は図13に示すような1次のアジマスアンビギュイティ成分112、a−(p,q)は図13に示すような1次のアジマスアンビギュイティ成分113である。
1次のアジマスアンビギュイティ成分は、アンテナのサイドローブパターンによって発生したものであるとして、2次以降の成分は無視できるほど小さいものとする。
n1(p,q)はSAR画像(1)内の雑音成分、t1(p,q)はSAR画像(1)内の移動目標成分である。
なお、レンジビンはP個、アジマスビンはQ個存在するものとしている。
In the equation (80), s (p, q) is a
The primary azimuth ambiguity component is generated by the sidelobe pattern of the antenna, and the secondary and subsequent components are assumed to be negligibly small.
n 1 (p, q) is a noise component in the SAR image (1), and t 1 (p, q) is a moving target component in the SAR image (1).
Note that there are P range bins and Q azimuth bins.
一方、p番目のレンジビン、q番目のアジマスビンにおけるSAR画像(2)の受信信号r2(p,q)は以下のように記述される。
式(81)において、n2(p,q)はSAR画像(2)内の雑音成分、t2(p,q)はSAR画像(2)内の移動目標成分である。
On the other hand, the received signal r 2 (p, q) of the SAR image (2) in the p-th range bin and the q-th azimuth bin is described as follows.
In Expression (81), n 2 (p, q) is a noise component in the SAR image (2), and t 2 (p, q) is a moving target component in the SAR image (2).
また、p番目のレンジビン、q番目のアジマスビンにおけるSAR画像(3)の受信信号r3(p,q)は以下のように記述される。
式(82)において、n3(p,q)はSAR画像(3)内の雑音成分、t3(p,q)はSAR画像(3)内の移動目標成分である。
The received signal r 3 (p, q) of the SAR image (3) in the p-th range bin and the q-th azimuth bin is described as follows.
In Expression (82), n 3 (p, q) is a noise component in the SAR image (3), and t 3 (p, q) is a moving target component in the SAR image (3).
信号成分推定部12の不要成分抑圧部20は、レジストレーション部11a,11bにより位置合わせが行われたSAR画像(1)(2)(3)を受けると、そのSAR画像(1)(2)(3)に含まれているクラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分を推定して、そのクラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分を抑圧し、クラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分を抑圧したSAR画像(1)(2)(3)を出力する。
SAR画像(1)の受信信号r1(p,q)、レジストレーション後のSAR画像(2)の受信信号r2(p,q)及びレジストレーション後のSAR画像(3)の受信信号r3(p,q)には、図7に示すような2種類のアジマスアンビギュイティ成分が混在している。
When the unnecessary
Received signal r 1 (p, q) of SAR image (1), received signal r 2 (p, q) of SAR image (2) after registration, and received signal r 3 of SAR image (3) after registration In (p, q), two types of azimuth ambiguity components as shown in FIG. 7 are mixed.
不要成分抑圧部20は、受信信号r1(p,q),r2(p,q),r3(p,q)を用いて、なるべく移動目標成分が含まれないように、クラッタ成分s(p,q)及びアジマスアンビギュイティ成分a+(p,q),a−(p,q)を推定する。
以下、受信信号r1(p,q),r2(p,q),r3(p,q)を用いて、クラッタ成分s(p,q)及びアジマスアンビギュイティ成分a+(p,q),a−(p,q)を推定する処理を説明する。
The unnecessary
Hereinafter, using the received signals r 1 (p, q), r 2 (p, q), r 3 (p, q), the clutter component s (p, q) and the azimuth ambiguity component a + (p, q A process for estimating q), a − (p, q) will be described.
まず、受信信号r1(p,q),r2(p,q),r3(p,q)の定式化を整理する。
受信信号r1(p,q),r2(p,q),r3(p,q)の定式を行列とベクトルで表すと、以下のように与えられる。
First, the formulation of the received signals r 1 (p, q), r 2 (p, q), r 3 (p, q) is organized.
When the formulas of the received signals r 1 (p, q), r 2 (p, q), r 3 (p, q) are expressed by matrices and vectors, they are given as follows.
この実施の形態3では、上記実施の形態1と同様の理由で、ウィナーフィルタを用いて、信号の推定を行う。
ウィナーフィルタを用いる推定方法を式で表すと、下記の式(89)のようになる。
ただし、E(a+/s)はアジマスアンビギュイティ成分a+(p,q)とクラッタ成分s(p,q)の電力比の期待値であり、E(a−/s)はアジマスアンビギュイティ成分a−(p,q)とクラッタ成分s(p,q)の電力比の期待値である。
また、E(n/s)は雑音成分n(p,q)とクラッタ成分s(p,q)の電力比の期待値である。
In the third embodiment, for the same reason as in the first embodiment, a signal is estimated using a Wiener filter.
The estimation method using the Wiener filter is expressed by the following equation (89).
Where E (a + / s) is the expected value of the power ratio of the azimuth ambiguity component a + (p, q) and the clutter component s (p, q), and E (a − / s) is the azimuth ambition. This is the expected value of the power ratio between the Guyty component a − (p, q) and the clutter component s (p, q).
E (n / s) is an expected value of the power ratio between the noise component n (p, q) and the clutter component s (p, q).
この推定方式は、クラッタ成分s(p,q)とアジマスアンビギュイティ成分a+(p,q),a−(p,q)以外の信号の存在を仮定し、それらの信号の存在が、クラッタ成分s(p,q)とアジマスアンビギュイティ成分a+(p,q),a−(p,q)の推定の際に含まれる量を統計的に最小化した方式である。
したがって、r1(p,q)−s(p,q)−a+(p,q)−a−(p,q)を計算した場合には、移動目標成分t1(p,q)が残余する。
This estimation method assumes the existence of signals other than the clutter component s (p, q) and the azimuth ambiguity components a + (p, q), a − (p, q). This is a method in which the amounts included in the estimation of the clutter component s (p, q) and the azimuth ambiguity components a + (p, q), a − (p, q) are statistically minimized.
Thus, r 1 (p, q) -s (p, q) -a + (p, q) -a - (p, q) when calculating the the movement target component t 1 (p, q) is To remain.
不要成分抑圧部20は、クラッタ成分s(p,q)とアジマスアンビギュイティ成分a+(p,q),a−(p,q)を推定すると、それらの推定結果を用いて、SAR画像(1)の受信信号r1(p,q)に含まれているクラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分を抑圧するとともに、SAR画像(2)の受信信号r2(p,q)に含まれているクラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分を抑圧する。
また、SAR画像(3)の受信信号r3(p,q)に含まれているクラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分を抑圧する。
最も単純な抑圧方法としては、以下の計算を行うものがある。
When the unnecessary
Moreover, the clutter component and the azimuth ambiguity component contained in the received signal r 3 (p, q) of the SAR image (3) are suppressed.
The simplest suppression method is to perform the following calculation.
式(92)の計算結果、式(93)の計算結果又は式(94)の計算結果を用いれば、移動目標を検出することが可能であるが、下記の式(95)に示すように、3チャンネルの成分を合成すれば、より移動目標の検出性能を高めることができる。
It is possible to detect the moving target using the calculation result of Expression (92), the calculation result of Expression (93), or the calculation result of Expression (94), but as shown in Expression (95) below, If the three-channel components are combined, the detection performance of the moving target can be further enhanced.
なお、不要成分抑圧部20により推定されたクラッタ成分s(p,q)とアジマスアンビギュイティ成分a+(p,q),a−(p,q)には推定誤差が含まれている。
特に、クラッタ成分の推定誤差は、クラッタ成分の電力が大きいことから、移動目標の検出性能劣化に大きく寄与すると考えられる。
そこで、不要成分抑圧部20により推定されたクラッタ成分s(p,q)を用いずにクラッタを除去し、残ったアジマスアンビギュイティ成分a+(p,q),a−(p,q)を抑圧する下記の処理が考えられる。
Note that the clutter component s (p, q) and the azimuth ambiguity components a + (p, q), a − (p, q) estimated by the unnecessary
In particular, it is considered that the clutter component estimation error greatly contributes to the degradation of the detection performance of the moving target because the power of the clutter component is large.
Therefore, the clutter is removed without using the clutter component s (p, q) estimated by the unnecessary
上記の不要成分抑圧部20によるクラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分の抑圧は、振幅の次元で行っているが、下記に示すように、電力の次元で行ってから、振幅の次元に戻すことで、移動目標の検出性能を高めることも可能である。
Although the clutter component and the azimuth ambiguity component suppression by the unnecessary
目標検出部15は、不要成分抑圧部20によりクラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分が抑圧された信号成分を有する画像である抑圧後画像から移動目標を検出する。
移動目標の検出処理としては、閾値判定処理などが考えられるが、抑圧後画像を電力成分に変換してから閾値判定処理を行うようにしてもよい。また、雑音を低減するために、移動平均フィルタなどを施してから閾値判定処理を行うようにしてもよい。
The
As the moving target detection process, a threshold determination process or the like can be considered. However, the threshold determination process may be performed after the suppressed image is converted into a power component. In order to reduce noise, a threshold determination process may be performed after applying a moving average filter or the like.
また、SAR画像(1)とSAR画像(2)、SAR画像(1)とSAR画像(3)、SAR画像(2)とSAR画像(3)を干渉させて、移動目標の速度推定を行うATIにも用いることが可能である。
具体的には、以下の偏角による位相マップを計算する。
式(102)〜(104)において、*は共役を示す記号である。
Also, the ATI that estimates the speed of the moving target by causing the SAR image (1) and the SAR image (2), the SAR image (1) and the SAR image (3), and the SAR image (2) and the SAR image (3) to interfere with each other. Can also be used.
Specifically, a phase map with the following declination is calculated.
In the formulas (102) to (104), * is a symbol indicating conjugation.
以上で明らかなように、この実施の形態3によれば、図7に示すような2種類のアジマスアンビギュイティ成分が混在している場合でも、クラッタ成分とアジマスアンビギュイティ成分の両方を抑圧して、移動目標を検出することができる効果を奏する。 As apparent from the above, according to the third embodiment, even when two types of azimuth ambiguity components are mixed as shown in FIG. 7, both the clutter component and the azimuth ambiguity component are suppressed. As a result, the moving target can be detected.
この実施の形態3では、上記の式(90)(91)に示すように、アジマスアンビギュイティ成分a+(p,q)とクラッタ成分s(p,q)の電力比の期待値E(a+/s)と、アジマスアンビギュイティ成分a−(p,q)とクラッタ成分s(p,q)の電力比の期待値E(a−/s)と、雑音成分n(p,q)とクラッタ成分s(p,q)の電力比の期待値E(n/s)とを用いて、ウィナーフィルタを生成し、そのウィナーフィルタを用いて、クラッタ成分s(p,q)とアジマスアンビギュイティ成分a+(p,q),a−(p,q)を推定するものを示したが、その推定処理とウィナーフィルタの生成処理を再帰的に繰り返し実施して、その推定精度を高めるようにしてもよい。 In the third embodiment, as shown in the above formulas (90) and (91), the expected value E () of the power ratio between the azimuth ambiguity component a + (p, q) and the clutter component s (p, q). a + / s), the expected value E (a − / s) of the power ratio of the azimuth ambiguity component a − (p, q) and the clutter component s (p, q), and the noise component n (p, q) ) And the expected value E (n / s) of the power ratio of the clutter component s (p, q), a Wiener filter is generated, and the Clutter component s (p, q) and azimuth are generated using the Wiener filter. Although the ambiguity components a + (p, q), a − (p, q) are estimated, the estimation process and the Wiener filter generation process are recursively performed to reduce the estimation accuracy. You may make it raise.
即ち、不要成分抑圧部20は、期待値E(a+/s),E(a−/s),E(n/s)を用いて生成したウィナーフィルタを用いて、クラッタ成分s(p,q)とアジマスアンビギュイティ成分a+(p,q),a−(p,q)を推定したのち、その推定したアジマスアンビギュイティ成分a+(p,q)とクラッタ成分s(p,q)の電力比(a+/s)と、その推定したアジマスアンビギュイティ成分a−(p,q)とクラッタ成分s(p,q)の電力比(a−/s)と、その推定したクラッタ成分s(p,q)と雑音成分n(p,q)の電力比(n/s)とを用いて、ウィナーフィルタを再生成し、その再生成したウィナーフィルタを用いて、クラッタ成分s(p,q)とアジマスアンビギュイティ成分a+(p,q),a−(p,q)を推定するようにする。
In other words, the unnecessary
不要成分抑圧部20は、アジマスアンビギュイティ成分等の推定処理とウィナーフィルタの生成処理を再帰的に繰り返す場合、例えば、その推定したクラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分が収束しているか否かを判定し、その推定したクラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分が収束するまで、その推定処理と生成処理を繰り返すようにしてもよいし、予め設定された回数だけ、その推定処理と生成処理を繰り返すようにしてもよい。
なお、クラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分の収束判定としては、例えば、前回の推定結果と今回推定結果を比較して、それらの推定結果の差分が予め設定された閾値以内であれば、収束していると判定する方法が考えられる。
When the unnecessary
In addition, as the convergence determination of the clutter component and the azimuth ambiguity component, for example, the previous estimation result and the current estimation result are compared, and if the difference between these estimation results is within a preset threshold, the convergence is achieved. It can be considered to determine that it is.
この実施の形態3では、不要成分抑圧部20が、期待値E(a+/s),E(a−/s),E(n/s)を用いて、ウィナーフィルタを生成するものを示したが、信号成分におけるピクセル単位の信号電力を計算し、クラッタ成分の電力が支配的である場合(クラッタ成分の信号電力の割合が予め設定された閾値以上である場合)、クラッタ成分の信号電力を用いて、ウィナーフィルタを生成するようにしてもよい。
即ち、上記の式(90)(91)における期待値E(a+/s),E(a−/s),E(n/s)の代わりに、クラッタ成分の信号電力に反比例する値を代入して、ウィナーフィルタを生成するようにしてもよい。
この場合も、アジマスアンビギュイティ成分等の推定処理とウィナーフィルタの生成処理を再帰的に繰り返し実施して、その推定精度を高めるようにしてもよい。
In the third embodiment, the unnecessary
That is, instead of the expected values E (a + / s), E (a − / s), and E (n / s) in the above equations (90) and (91), values that are inversely proportional to the signal power of the clutter component are obtained. It may be substituted to generate a winner filter.
Also in this case, the estimation accuracy of the azimuth ambiguity component and the like and the Wiener filter generation processing may be recursively repeated to improve the estimation accuracy.
即ち、不要成分抑圧部20は、クラッタ成分の信号電力を用いて生成したウィナーフィルタを用いて、クラッタ成分s(p,q)とアジマスアンビギュイティ成分a+(p,q),a−(p,q)を推定したのち、その推定したアジマスアンビギュイティ成分a+(p,q)とクラッタ成分s(p,q)の電力比(a+/s)と、その推定したアジマスアンビギュイティ成分a−(p,q)とクラッタ成分s(p,q)の電力比(a−/s)と、その推定したクラッタ成分s(p,q)と雑音成分n(p,q)の電力比(n/s)とを用いて、ウィナーフィルタを再生成し、その再生成したウィナーフィルタを用いて、クラッタ成分s(p,q)とアジマスアンビギュイティ成分a+(p,q),a−(p,q)を推定するようにする。
不要成分抑圧部20は、アジマスアンビギュイティ成分等の推定処理とウィナーフィルタの生成処理を再帰的に繰り返す場合、例えば、その推定したクラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分が収束しているか否かを判定し、その推定したクラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分が収束するまで、その推定処理と生成処理を繰り返すようにしてもよいし、予め設定された回数だけ、その推定処理と生成処理を繰り返すようにしてもよい。
That is, the unnecessary
When the unnecessary
この実施の形態3では、不要成分抑圧部20が、ウィナーフィルタを用いて、クラッタ成分s(p,q)とアジマスアンビギュイティ成分a+(p,q),a−(p,q)を推定するものを示したが、正則化最小二乗法を行うフィルタを用いて、クラッタ成分s(p,q)とアジマスアンビギュイティ成分a+(p,q),a−(p,q)を推定するようにしてもよい。 正則化最小二乗法を行うフィルタは、下記の式(105)のように表される。
式(105)において、Iは単位行列、λは任意の実数である。
In Embodiment 3, the unnecessary
In Expression (105), I is a unit matrix, and λ is an arbitrary real number.
ここでは、λが任意の実数であるものを示したが、λの代わりに、雑音成分n(p,q)とクラッタ成分s(p,q)の電力比の期待値E(n/s)を式(105)に代入して、正則化最小二乗法を行うフィルタを生成するようにしてもよい。
また、信号成分におけるピクセル単位の信号電力を計算し、クラッタ成分の電力が支配的である場合(クラッタ成分の信号電力の割合が予め設定された閾値以上である場合)、λの代わりに、クラッタ成分の信号電力を式(105)に代入して、正則化最小二乗法を行うフィルタを生成するようにしてもよい。
Here, λ is an arbitrary real number, but instead of λ, an expected value E (n / s) of the power ratio of the noise component n (p, q) and the clutter component s (p, q). May be substituted into equation (105) to generate a filter that performs the regularized least squares method.
In addition, when the signal power of the pixel component in the signal component is calculated and the power of the clutter component is dominant (when the ratio of the signal power of the clutter component is equal to or larger than a preset threshold value), the clutter is substituted for λ. A filter that performs the regularized least squares method may be generated by substituting the signal power of the component into Expression (105).
この実施の形態3では、不要成分抑圧部20が、ウィナーフィルタ又は正則化最小二乗法を行うフィルタを用いて、クラッタ成分s(p,q)とアジマスアンビギュイティ成分a+(p,q),a−(p,q)を推定するものを示したが、これに限るものではなく、推定したい成分の他の信号成分の存在を仮定するフィルタや推定方式を適用することが可能である。
また、この実施の形態3では、3本の受信アンテナを用いる例を示したが、4本以上の受信アンテナを用いる場合にも適用可能である。また、複数本の送信アンテナを用いる場合や、複数本の送信アンテナ及び複数本の受信アンテナを用いる場合にも対応可能である。
In the third embodiment, the unnecessary
In the third embodiment, an example in which three receiving antennas are used has been described. However, the present invention can also be applied to a case in which four or more receiving antennas are used. Further, it is possible to cope with a case where a plurality of transmission antennas are used or a case where a plurality of transmission antennas and a plurality of reception antennas are used.
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 レジストレーション部(位置合わせ手段)、2 信号成分推定部、3 信号成分分別部(信号成分分別手段)、4 不要成分抑圧部(不要成分抑圧手段)、5 目標検出部(目標検出手段)、11a,11b レジストレーション部(位置合わせ手段)、12 信号成分推定部、13 信号成分分別部(信号成分分別手段)、14,20 不要成分抑圧部(不要成分抑圧手段)、15 目標検出部(目標検出手段)、101 レジストレーション部、102 差分画像生成部、111 クラッタ成分、112,113 アジマスアンビギュイティ成分。
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記位置合わせ手段により位置合わせが行われた複数の合成開口レーダ画像におけるドップラー周波数領域の信号成分を正の領域と負の領域に分別する信号成分分別手段と、
前記信号成分分別手段により正の領域に分別された信号成分に含まれているクラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分を推定して、前記正の領域に分別された信号成分に含まれているクラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分を抑圧するとともに、前記信号成分分別手段により負の領域に分別された信号成分に含まれているクラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分を推定して、前記負の領域に分別された信号成分に含まれているクラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分を抑圧する不要成分抑圧手段と、
前記不要成分抑圧手段によりクラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分が抑圧された信号成分を有する画像から移動目標を検出する目標検出手段と
を備えたレーダ信号処理装置。 Alignment means for aligning a plurality of synthetic aperture radar images having the same observation area and different observation times;
Signal component classification means for classifying signal components in the Doppler frequency domain in a plurality of synthetic aperture radar images that have been aligned by the alignment module into positive and negative areas;
The clutter component and the azimuth ambiguity component included in the signal component classified into the positive area by the signal component classification means are estimated, and the clutter component included in the signal component classified into the positive area And the azimuth ambiguity component are suppressed, and the clutter component and the azimuth ambiguity component included in the signal component classified into the negative region by the signal component classification unit are estimated and separated into the negative region. Unnecessary component suppression means for suppressing the clutter component and the azimuth ambiguity component included in the received signal component;
A radar signal processing apparatus comprising: target detection means for detecting a moving target from an image having signal components in which clutter components and azimuth ambiguity components are suppressed by the unnecessary component suppression means.
前記位置合わせ手段により位置合わせが行われた複数の合成開口レーダ画像におけるドップラー周波数領域の正の領域の信号成分に含まれているクラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分以外の成分を仮定して、前記正の領域の信号成分に含まれているクラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分を推定することで、前記正の領域の信号成分に含まれているクラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分を抑圧するとともに、前記ドップラー周波数領域の負の領域の信号成分に含まれているクラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分以外の成分を仮定して、前記負の領域の信号成分に含まれているクラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分を推定することで、前記負の領域の信号成分に含まれているクラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分を抑圧する不要成分抑圧手段と、
前記不要成分抑圧手段によりクラッタ成分及びアジマスアンビギュイティ成分が抑圧された信号成分を有する画像から移動目標を検出する目標検出手段と
を備えたレーダ信号処理装置。 Alignment means for aligning a plurality of synthetic aperture radar images having the same observation area and different observation times;
Assuming components other than the clutter component and the azimuth ambiguity component included in the signal component of the positive region of the Doppler frequency region in the plurality of synthetic aperture radar images aligned by the alignment unit, By estimating the clutter component and the azimuth ambiguity component included in the signal component of the positive region, the clutter component and the azimuth ambiguity component included in the signal component of the positive region are suppressed, Assuming components other than the clutter component and the azimuth ambiguity component included in the signal component in the negative region of the Doppler frequency region, the clutter component and the azimuth ambiguity included in the signal component in the negative region are assumed. By estimating the tee component, the clutter component and the And the unnecessary component suppressing means for suppressing azimuth ambiguities component,
A radar signal processing apparatus comprising: target detection means for detecting a moving target from an image having signal components in which clutter components and azimuth ambiguity components are suppressed by the unnecessary component suppression means.
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