JP2015219016A - Image radar device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は電波などを用いて観測対象を画像化する画像レーダ装置に関するものである。 The present invention relates to an image radar apparatus that images an observation object using radio waves or the like.
画像レーダ装置では、パルス信号を送信し、観測対象で反射または散乱されたパルス信号の一部をエコー信号として受信し、受信信号からレンジプロフィールを得る一連の処理を、観測対象とレーダの間の相対位置関係を変えながら繰り返す。このように得られたレンジプロフィールの時間履歴を相対位置関係を考慮して合成することで、観測対象上の電波の反射強度分布を画像として得る。 The image radar device transmits a pulse signal, receives a part of the pulse signal reflected or scattered by the observation target as an echo signal, and performs a series of processes for obtaining a range profile from the received signal between the observation target and the radar. Repeat while changing the relative positional relationship. By synthesizing the time history of the range profile obtained in this way in consideration of the relative positional relationship, the reflection intensity distribution of the radio wave on the observation target is obtained as an image.
レンジプロフィールの時間履歴は一般的に2次元分布として与えられる。その一軸は、パルス信号を送信してからの経過時間[s](以下ではファストタイムと呼ぶ)、または、それに電波の速度の1/2を乗じたレンジ[m]であり、この軸に対してレンジプロフィールが生成される。もう一軸は、相対位置関係を変えながら行う観測の時刻(以下ではスロウタイムと呼ぶ)である。レーダ画像を得る代表的なレーダとしては、合成開口レーダが挙げられる。また、パルス信号を繰り返し送出する周波数はパルス繰り返し周波数(PRF:Pulse Repetition Frequency)と呼ばれる。 The time history of the range profile is generally given as a two-dimensional distribution. One axis is an elapsed time [s] (hereinafter referred to as fast time) after transmission of a pulse signal, or a range [m] multiplied by 1/2 of the radio wave speed. A range profile is generated. The other axis is the time of observation (hereinafter referred to as slow time) performed while changing the relative positional relationship. A typical aperture radar that obtains a radar image is a synthetic aperture radar. Further, the frequency at which the pulse signal is repeatedly transmitted is called a pulse repetition frequency (PRF: Pulse Repetition Frequency).
衛星搭載の合成開口レーダは、地球上の観測位置によって衛星高度が変化するため、長時間にわたる観測を行う場合は、観測途中でPRFの設定を変化させる必要が生じる。観測の途中でPRFが変化すると、パルス信号の受信間隔は一定とならない。その結果、パルス信号の受信間隔が一定であることを前提とする観測データの画像再生処理が機能せず、分解能劣化やサイドローブ上昇などにより画質の劣化が生じる。そこで、従来の画像レーダ装置は画像再生処理の構成要素であるアジマス信号処理を施す前に、アジマス方向に観測データをリサンプリングして、観測データが等間隔となる処理を行っていた(例えば、特許文献1)。 In the satellite-borne synthetic aperture radar, the satellite altitude changes depending on the observation position on the earth. Therefore, when performing observation over a long period of time, it is necessary to change the PRF setting during the observation. If the PRF changes during the observation, the pulse signal reception interval is not constant. As a result, the image reproduction processing of the observation data on the premise that the reception interval of the pulse signal is constant does not function, and the image quality is deteriorated due to the resolution deterioration or the side lobe increase. Therefore, before performing the azimuth signal processing that is a component of the image reproduction processing, the conventional image radar apparatus resamples the observation data in the azimuth direction, and performs processing in which the observation data is equally spaced (for example, Patent Document 1).
従来の画像レーダ装置、またはその代表的な画像レーダ装置である合成開口レーダでは、観測データを画像化するための画像再生アルゴリズムは、パルス信号としてチャープレートが一定のチャープ信号を用いることを前提としている。ここで、チャープレートはチャープ信号の単位時間当たりの送信周波数の変化を表す。そのため、途中でチャープレートが変化する観測データをそのまま画像化することができない。そこで、従来の画像レーダ装置は、チャープレートが変化する位置を境界として、その境界の前後で別々に観測データを画像再生していた。この場合、チャープレートが変化する境界付近の画像化ができないという問題があった。 In a conventional image radar apparatus or a synthetic aperture radar that is a representative image radar apparatus, an image reproduction algorithm for imaging observation data is based on the premise that a chirp signal is used as a pulse signal. Yes. Here, the chirp plate represents a change in the transmission frequency per unit time of the chirp signal. Therefore, the observation data in which the chirp plate changes during the process cannot be directly imaged. Therefore, the conventional image radar apparatus uses the position where the chirp plate changes as a boundary and reproduces the observation data separately before and after the boundary. In this case, there is a problem in that imaging near the boundary where the chirp plate changes cannot be performed.
また、画像レーダ装置もしくは合成開口レーダにおいて、尖頭送信電力一定、平均送信電力一定、およびパルス幅×PRFで与えられる送信デューティ一定の条件を維持して効率的な運用を行うためには、PRFが変化した場合にパルス信号のパルス幅を変化する必要がある。パルス信号としてチャープ信号を用いる場合、パルス幅を変化させるためには、チャープレートを変化させる必要があるが、従来の画像レーダ装置もしくは合成開口レーダでは一定のチャープレートを前提とするため、パルス幅の変化に対応できない問題があった。 In the image radar apparatus or the synthetic aperture radar, in order to perform efficient operation while maintaining the conditions of constant peak transmission power, constant average transmission power, and constant transmission duty given by pulse width × PRF, PRF It is necessary to change the pulse width of the pulse signal when. When using a chirp signal as the pulse signal, it is necessary to change the chirp plate in order to change the pulse width. However, the conventional image radar device or synthetic aperture radar assumes a constant chirp plate, so the pulse width There was a problem that could not cope with the change of.
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、観測の途中でPRFまたはパルス幅が変更した場合にも、その変更が生じる境界付近の画像化を円滑に行える画像レーダ装置を与えることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems. Even when the PRF or the pulse width is changed during the observation, the image radar apparatus can smoothly perform imaging near the boundary where the change occurs. The purpose is to give.
本発明に係る画像レーダ装置は、異なるPRFで送信される第1の複数の信号の観測対象からの反射波を示すデータを格納するデータ格納部と、前記データ格納部に格納された反射波を示すデータを、単一のPRFで送信される第2の複数の信号の前記観測対象からの反射波を示すデータと等価なデータに変換するデータ変換部と、を備えたことを特徴とする。 An image radar apparatus according to the present invention includes a data storage unit that stores data indicating reflected waves from an observation target of a plurality of first signals transmitted by different PRFs, and a reflected wave stored in the data storage unit. And a data conversion unit that converts data to be shown into data equivalent to data indicating reflected waves from the observation target of the second plurality of signals transmitted by a single PRF.
本発明に係る画像レーダ装置によれば、観測の途中でPRFが変更した場合にも、その変更が生じる境界付近の画像化を円滑に行える画像レーダ装置を与えることができる。 The image radar apparatus according to the present invention can provide an image radar apparatus that can smoothly image the vicinity of the boundary where the change occurs even when the PRF changes during observation.
実施の形態1.
本実施の形態では、異なる時間間隔で送信されるパルス信号の観測対象からの反射波を単一の時間間隔で送信されるパルス信号の反射波と等価な波形に変換する画像レーダ装置の構成を開示する。 In this embodiment, a configuration of an image radar device that converts a reflected wave from an observation target of a pulse signal transmitted at different time intervals into a waveform equivalent to a reflected wave of a pulse signal transmitted at a single time interval. Disclose.
図1はこの発明の実施の形態1の画像レーダ装置1を示すブロック構成図である。なお、各図において、同一符号は同一または相当部分を示す。図1において、画像レーダ装置1は合成開口レーダで観測された観測データを格納するデータ格納部である観測データ格納部2とその観測データを変換するデータ変換部3を備えている。観測データ格納部2は異なる時間間隔で送信されるパルス信号の観測対象からの反射波を観測データとして格納する。データ変換部3は、観測データ格納部2に格納された観測データを、単一の時間間隔で送信されるパルス信号の観測対象からの反射波と等価な波形に変換する。
1 is a block diagram showing an
データ変換部3は観測データ格納部2に格納された観測データをパルス圧縮された信号に変換して出力するマッチドフィルタリング部4、マッチドフィルタリング部4から出力されたパルス圧縮された信号の時間長を調整する等価化処理部5、等価化処理部5の出力である時間長が調整されたパルス圧縮された信号から単一の時間間隔で送信されるパルス信号を想定した反射波の波形を生成する復調処理部6、変換後データ格納部9を備える。
The
パルスレプリカ格納部7は、画像レーダ装置1から送信されたパルス信号のレプリカを格納する。ここで、パルスレプリカは、パルス信号の送信毎、または、PRFの変更毎に、送信されるパルス信号のパルス波形を格納する。復調用参照信号発生部8は、最終的な出力として得るPRF一定、すなわち単一の時間間隔で送信されるパルス信号の観測に相当するデータが想定する理想的なパルス信号を発生する。
The pulse
次に、マッチドフィルタリング部4内の構成について説明する。マッチドフィルタリング部4では、観測データ格納部2に格納された観測データをパルス圧縮された信号に変換する処理が行われる。本実施の形態では、この処理を周波数領域で行う構成を示している。フーリエ変換A部10は、観測データ格納部2に格納されている観測データのファストタイム方向のフーリエ変換を行う。電力規格化部20は、パルスレプリカ格納部7に格納されているパルス信号のレプリカの電力を規格化する。フーリエ変換B部30は、電力規格化部20で電力が規格化されたパルスレプリカのファストタイム方向のフーリエ変換を行う。マッチドフィルタ処理部50は、フーリエ変換A部10の出力と、フーリエ変換B部30の出力から、マッチドフィルタ処理を行う。逆フーリエ変換部60は、マッチドフィルタ処理部50の出力をファストタイム方向で逆フーリエ変換する。すなわち、マッチドフィルタリング部4では、フーリエ変換A部10及びフーリエ変換B部30でそれぞれ入力信号が周波数領域に変換され、マッチドフィルタ処理部50でマッチドフィルタ処理が行われた後に、逆フーリエ変換部60が行われる。その結果、パルス圧縮された信号が出力される。
Next, the configuration within the matched
等価化処理部5の構成について説明する。等価化処理部5内の受信時間等価化処理部70は、逆フーリエ変換A部60の出力に対し、受信時間を一定にする処理を行う。
The configuration of the
復調処理部6の構成について説明する。復調処理部6内のフーリエ変換D部80は、受信時間等価化処理部70の出力をファストタイム方向で逆フーリエ変換する。フーリエ変換C部40は、復調用参照信号発生部8の出力のファストタイム方向のフーリエ変換を行う。チャープ復調処理部90は、フーリエ変換D部80の出力と、フーリエ変換C部40の出力を用いて、チャープの復調を行う。逆フーリエ変換B部100は、チャープ復調処理部90の出力をファストタイム方向で逆フーリエ変換する。アジマス方向リサンプリング部110は、逆フーリエ変換部B部100の出力に対し、アジマス方向のリサンプリングを適用する。
The configuration of the
変換後データ格納部9は、アジマス方向リサンプリング部110の出力を格納する。
The post-conversion data storage unit 9 stores the output of the azimuth
なお、この説明および以降の説明において、部または部位という語は、専用の電子回路または素子を意味しているが、汎用的な中央演算装置(CPU:Central Processing Unit)を搭載したコンピュータに所定の処理を実行させるコンピュータプログラムモジュールの形で構成するようにしても良い。 In this description and the following description, the term “part” or “part” means a dedicated electronic circuit or element, but a computer equipped with a general-purpose central processing unit (CPU) has a predetermined value. You may make it comprise in the form of the computer program module which performs a process.
次に、動作について図2を用いて説明する。 Next, the operation will be described with reference to FIG.
まず、マッチドフィルタリング部4内では、観測データ格納部2に格納された観測データとパルスレプリカ格納部7に格納されているパルス信号とのマッチドフィルタ処理が周波数領域で行われ、観測データ格納部2に格納された観測データに対応するパルス圧縮された信号が出力される。以下で、具体的な動作について述べる。
First, in the matched
まず、観測データ格納部2に格納された観測データを、フーリエ変換A部10が読み込む(ステップST010)。 First, the Fourier transform A unit 10 reads the observation data stored in the observation data storage unit 2 (step ST010).
この観測データの特徴を図3(a)に示す模式図で説明する。図3(a)では、観測域内に位置する5つの点散乱体からのエコー信号を受信することを想定している。図3(a)では、観測の途中でPRFが変更されるのに伴い、送信されるパルスのスロウタイム方向の時間間隔である1/PRFが変化するとともに、送信されるパルスの幅が変化している。また、送信パルスの形状が、送信機のハードウェア特性により理想的な矩形にはならず歪みを持っている。このパルス幅の変更に伴い、観測域の観測幅と送信するパルス幅に応じた受信時間に変更される。 The characteristics of the observation data will be described with reference to the schematic diagram shown in FIG. In FIG. 3A, it is assumed that echo signals from five point scatterers located in the observation area are received. In FIG. 3A, as the PRF is changed during observation, 1 / PRF, which is the time interval in the slow time direction of the transmitted pulse, changes, and the width of the transmitted pulse also changes. ing. Further, the shape of the transmission pulse does not become an ideal rectangle due to the hardware characteristics of the transmitter but has distortion. As the pulse width is changed, the reception time is changed according to the observation width of the observation area and the transmission pulse width.
まず、フーリエ変換A部10が、観測データをファストタイム方向にフーリエ変換する(ステップST015)。次に、電力規格化部20が、パルスレプリカ格納部7より、パルス信号のパルスレプリカを読み込み(ステップST020)、電力規格化部20が読み込んだパルスレプリカの電力が1となるように規格化する(ステップST025)。この規格化は、格納されたパルスレプリカ信号の電力を算出し、パルスレプリカを同電力で除算することで成される。さらに、フーリエ変換B部30が電力規格化部20の出力をファストタイム方向にフーリエ変換する(ステップST030)。
First, the Fourier transform A unit 10 performs Fourier transform on the observation data in the fast time direction (step ST015). Next, the
マッチドフィルタ処理部50はフーリエ変換A部10の出力と、フーリエ変換B部30の出力を用いてマッチドフィルタ処理を行う(ステップST050)。このマッチドフィルタ処理は、式(1)で与えられる。
The matched
ここで、fはレンジ周波数、
はマッチドフィルタ処理の出力、Srec(f)は観測データをファストタイム方向にフーリエ変換した信号を示し、Srep(f)は電力で規格化したパルスレプリカをファストタイム方向にフーリエ変換した信号を表す。
Where f is the range frequency,
Is the output of the matched filter processing, S rec (f) is the signal obtained by Fourier transform of the observation data in the fast time direction, and S rep (f) is the signal obtained by Fourier transforming the pulse replica normalized by power in the fast time direction. Represent.
パルスレプリカのスペクトルで除算した結果、観測データ内の各エコー信号がもつ振幅の歪みが補正される。ここで、補正される歪みはパルス信号のパルスレプリカがもつ歪みであり、この補正によって、チャープ変調による2次位相変化が取り除かれる。なお、パルスレプリカは、観測中のPRFの変更に対処するため、観測データ内の各エコー信号と同じパルス幅およびチャープレートをもつパルス信号を用いる。その結果、PRFの変更が生じた場合にも、観測データ内の各エコー信号と同じチャープレートのパルス信号を用いて、チャープ変調による2次位相変化が取り除くことができる。また、規格化したパルスレプリカによる除算なので、マッチドフィルタ処理の出力における観測データの電力はマッチドフィルタ処理前と等価となる。 As a result of the division by the spectrum of the pulse replica, the amplitude distortion of each echo signal in the observation data is corrected. Here, the distortion to be corrected is the distortion of the pulse replica of the pulse signal, and the secondary phase change due to chirp modulation is removed by this correction. The pulse replica uses a pulse signal having the same pulse width and chirp rate as each echo signal in the observation data in order to cope with the change of the PRF being observed. As a result, even when the PRF is changed, the secondary phase change due to the chirp modulation can be removed by using the same chirp plate pulse signal as each echo signal in the observation data. In addition, since the division is performed by the normalized pulse replica, the power of the observation data at the output of the matched filter processing is equivalent to that before the matched filter processing.
なお、ここではマッチドフィルタ処理を式(1)で示したがこれに限るものではなく、同様の式であれば構わない。例えば、送信するパルスの形状における歪みが問題とならないのであれば、レプリカの複素共役をマッチドフィルタとする一般的なマッチドフィルタ処理でもよい。 Here, the matched filter processing is shown by the expression (1), but the present invention is not limited to this, and any similar expression may be used. For example, if the distortion in the shape of a pulse to be transmitted does not matter, a general matched filter process using a complex conjugate of a replica as a matched filter may be used.
逆フーリエ変換A部60はマッチドフィルタ処理部50の出力をファストタイム方向で逆フーリエ変換する(ステップST060)。
The inverse Fourier
図3(b)でこの処理を説明する。逆フーリエ変換A部60の出力は、パルス圧縮された信号となっている。そして、PRFの変更を境として、前述の図3(a)で説明したように受信時間が異なっている。
This process will be described with reference to FIG. The output of the inverse Fourier
そこで、ステップST070の処理において、PRFの変更に関わらず受信時間を所定の固定長に揃える。すなわち、マッチドフィルタリング部4内の受信時間等価化処理部70は、PRFの変更に伴い受信時間が変化する。このPRFの変更によって変化する受信時間を固定長に揃える(ステップST070)。受信時間を固定長に揃える方法としては、例えば、PRFが小さい場合の受信時間の時間長の長い部分を削除することで、PRFが大きい場合の受信時間の時間長にそろえても構わない。また、PRFが大きい場合の受信時間の時間長がそれより長い固定長となるよう不足する受信時間を加えることで、受信時間をそろえても構わない。なお、パルス圧縮はパルスの積分処理に相当するため、PRFの変更を境として、パルス圧縮後の振幅が異なる。
Therefore, in the process of step ST070, the reception time is set to a predetermined fixed length regardless of the change of PRF. That is, the reception time
復調処理部6内では、受信時間が揃えられたパルス圧縮後の信号に対して、チャープ信号の復調処理を行う。この処理はステップST080からステップST120で行われる。具体的には、フーリエ変換D部80が、受信時間等価化処理部70の出力をファストタイム方向にフーリエ変換する(ステップST080)。次に、復調用参照信号発生部8が、チャープ復調用の参照信号を発生する(ステップST090)。このチャープ復調用の参照信号は、式(2)で与えられる。なお、この参照信号は電力が1となるように規格化したものを用いる。
In the
ここで、Tuniは所定のパルス幅、tはファストタイム、Kuniは所定のチャープレートである。 Here, T uni is a predetermined pulse width, t is a fast time, and K uni is a predetermined char plate.
フーリエ変換C部40は、復調用の参照信号をファスト方向にフーリエ変換する(ステップST100)。ここでは復調用の参照信号を時間領域で生成し、それをフーリエ変換することでレンジ周波数領域の復調用の参照信号を得たが、これに限るものではない。例えば、復調用参照信号発生部8およびフーリエ変換C部40の代わりに、レンジ周波数領域で復調用の参照信号を発生する部位を設けても良い。
The Fourier
チャープ復調処理部60はフーリエ変換D部80の出力に、フーリエ変換C部40の出力を乗じて、チャープの復調処理を行う(ステップST110)。このチャープの復調処理は、式(3)で与えられる。
The chirp
ここで、
はこの復調処理の出力であり、
はフーリエ変換D部80の出力、
はフーリエ変換C部40の出力である。
here,
Is the output of this demodulation process,
Is the output of the Fourier transform D unit 80,
Is the output of the Fourier
逆フーリエ変換B部100は、チャープ復調処理部60の出力をファストタイム方向で逆フーリエ変換する(ステップST120)。この逆フーリエ変換後の信号は、図3(c)に示すように、パルス幅が揃った信号となる。ただし、振幅はPRF変更を境に異なる値をもつ。
The inverse Fourier
図3(c)ではパルス幅が揃った信号となるが、アジマス方向のパルスの時間間隔および電力は一定ではない。そこで、アジマス方向のパルスの時間間隔および電力を一定とするため、アジマス方向リサンプリング部110が、逆フーリエ変換B部100の出力をアジマス方向にリサンプリングする(ステップST130)。このリサンプリングは、アジマス方向の電力を変化させないように行う。この結果、図3(d)に示すように、スロウタイム方向、すなわちアジマス方向のパルスの時間間隔および振幅が揃い、固定のPRFでの観測により得られる観測データに相当する変換後の観測データを得る。
In FIG. 3C, the signal has a uniform pulse width, but the time interval and power of pulses in the azimuth direction are not constant. Therefore, in order to make the time interval and power of the pulses in the azimuth direction constant, the azimuth
すなわち、変換後データ格納部9での変換処理により、単一の時間間隔で送信される複数のパルス信号の観測対象からの反射波と等価な波形に観測データを変換することができる。そして、変換後データ格納部9に、変換後の観測データを出力する。 That is, the observation data can be converted into a waveform equivalent to the reflected wave from the observation target of the plurality of pulse signals transmitted at a single time interval by the conversion process in the post-conversion data storage unit 9. Then, the observation data after conversion is output to the converted data storage unit 9.
以上のように、尖頭送信電力一定で平均送信電力を一定にした合成レーダの観測におけるPRFの変更に伴うパルス幅の変更を考慮してパルス幅及びチャープレートを揃えるようにしているので、固定PRFでチャープレートが一定の観測データと等価な観測データを得ることができる。 As described above, the pulse width and the chirp plate are aligned in consideration of the change of the pulse width accompanying the change of the PRF in the observation of the synthetic radar with the constant peak transmission power and the constant average transmission power. Observation data equivalent to observation data with a constant chirp can be obtained by PRF.
従来の画像レーダ装置では、チャープレートが変化する境界も含めて画像化しようとする場合、チャープレートの変化を境界として、その前後で別々にパルスの受信間隔をリサンプリングで等間隔化し、パルス圧縮してレンジ方向のチャープを取り除いてから、後段の処理を行うことで画像再生していた。あるいは、先にパルス圧縮してレンジ方向のチャープを取り除いた後に、リサンプリングによりパルスの受信間隔を等間隔化してから、後段の処理を行うことで画像再生していた。このような画像化を行う場合、使用できる画像再生アルゴリズムが、最初にパルス圧縮をしてチャープを取除いてから他の処理をするアルゴリズムに限定され、チャープスケーリングアルゴリズムなどのレンジ方向のチャープを利用して高速な画像再生を行うアルゴリズムを使用できないという問題点があった。また、PRFの変更に伴う、1パルス当りの電力変化を考慮せずにリサンプリングを行っているので、アジマス信号処理後の信号におけるPRF変更付近で電力の変調が生じ、再生後の画像に不自然な輝度むらが発生するという問題点があった。 In a conventional image radar device, when an image including a boundary where the chirp plate changes is to be imaged, the pulse reception interval is separately made equal by resampling before and after the change of the chirp plate as a boundary, and pulse compression is performed. Then, after removing the chirp in the range direction, the image is reproduced by performing the subsequent processing. Alternatively, after the pulse compression is first performed to remove the chirp in the range direction, the pulse reception interval is made equal by resampling, and then the image is reproduced by performing the subsequent processing. When performing such imaging, the image reproduction algorithm that can be used is limited to the algorithm that first performs pulse compression to remove the chirp and then performs other processing, and uses a chirp in the range direction such as a chirp scaling algorithm. Therefore, there is a problem that an algorithm for performing high-speed image reproduction cannot be used. In addition, since resampling is performed without considering the power change per pulse accompanying the change in PRF, power modulation occurs in the vicinity of the PRF change in the signal after the azimuth signal processing, and there is no effect on the reproduced image. There was a problem that natural luminance unevenness occurred.
これに対して、本実施の形態の画像レーダ装置では、チャープレートに変化がある境界付近で観測データを分割して画像再生を行うことなく、境界付近も含めた全体を任意の画像再生アルゴリズムで画像化ができる。 On the other hand, in the image radar apparatus of the present embodiment, the entire image including the vicinity of the boundary is reproduced by an arbitrary image reproduction algorithm without dividing the observation data near the boundary where the chirp plate is changed and performing image reproduction. Can be imaged.
また、観測データのチャープレートを揃えるので、レンジ方向のチャープを利用した高速な画像再生アルゴリズムを利用でき、高速な画像化ができる。 Moreover, since the chirp plates of the observation data are aligned, a high-speed image reproduction algorithm using the chirp in the range direction can be used, and high-speed imaging can be performed.
また、マッチドフィルタ処理を、電力で規格化したパルスレプリカの除算により行い、ハードウェアの特性に起因するパルスの振幅変調を補正しているので、パルスの振幅変調に伴い発生するサイドローブの非対称性など、画像上で発生する再生処理後の画質劣化を解消することができる。 In addition, matched filter processing is performed by division of pulse replicas normalized by power to correct pulse amplitude modulation due to hardware characteristics, so the sidelobe asymmetry generated by pulse amplitude modulation is corrected. Thus, it is possible to eliminate image quality degradation after reproduction processing that occurs on an image.
このように、実施の形態1に係る画像レーダ装置は、異なる時間間隔で送信される複数のパルス信号の観測対象からの反射波を格納するデータ格納部である観測データ格納部2と、観測データ格納部2に格納された反射波である観測データを、単一の時間間隔で送信される複数のパルス信号の前記観測対象からの反射波と等価な波形に変換するデータ変換部と、を備えたことを特徴とする。
As described above, the image radar apparatus according to
この構成を用いることにより、観測の途中でPRFまたはパルス幅が変更された場合にも、その変更が生じる境界付近の画像化を円滑に行える画像レーダ装置を与えることができる。 By using this configuration, even when the PRF or the pulse width is changed during observation, it is possible to provide an image radar apparatus that can smoothly image the vicinity of the boundary where the change occurs.
また、異なる時間間隔で送信される複数の信号はチャープ信号であることを特徴とする。チャープ信号を用いることにより、パルス圧縮処理を円滑に行うことができる。 Further, the plurality of signals transmitted at different time intervals are chirp signals. By using the chirp signal, the pulse compression process can be performed smoothly.
また、異なる時間間隔で送信される複数のパルス信号は異なる時間幅を有することを特徴とする。このような場合にも、この実施の形態1に係る画像レーダ装置では、時間幅の異なる複数のパルス信号に対応したパルス波形をパルスレプリカ部4に格納しており、異なる時間幅を有する複数のパルス信号に対しても、単一の時間間隔で送信される複数のパルス信号の観測対象からの反射波と等価な波形に変換することができる。
The plurality of pulse signals transmitted at different time intervals have different time widths. Even in such a case, in the image radar device according to the first embodiment, pulse waveforms corresponding to a plurality of pulse signals having different time widths are stored in the
また、この実施の形態1に係る画像レーダ装置は、異なる時間間隔で送信される複数の信号は異なるチャープレートを有するチャープ信号を含み、単一の時間間隔で送信される複数のパルス信号は単一のチャープレートを有するチャープ信号であることを特徴とする。このように異なるチャープレートを有するチャープ信号を用いることで、同一の伝送帯域において異なる時間幅を有するチャープ信号を用いることができる。また、異なる時間幅を有するチャープ信号のパルス波形を単一の時間間隔で送信される複数のパルス信号の観測対象からの反射波と等価な波形に変換することができ、チャープレートを変更する境界付近で円滑に画像再生することができる。 In the image radar apparatus according to the first embodiment, a plurality of signals transmitted at different time intervals include chirp signals having different chirp plates, and a plurality of pulse signals transmitted at a single time interval are single. It is a chirp signal having one chirp plate. By using chirp signals having different chirp plates in this way, chirp signals having different time widths in the same transmission band can be used. In addition, the chirp signal pulse waveform with different time width can be converted into a waveform equivalent to the reflected wave from the observation target of multiple pulse signals transmitted at a single time interval, and the boundary for changing the chirp plate Images can be reproduced smoothly in the vicinity.
マッチドフィルタリング部4におけるマッチドフィルタ処理、及び復調処理部6における復調処理は、周波数領域での処理として行われることを特徴とする。周波数領域で処理を行うことによって、周波数ごとの積演算によってフィルタ処理を変えることができ、演算を効率的に行える。
The matched filter processing in the matched
また、この実施の形態1に係る画像レーダ装置は、マッチドフィルタ処理やチャープの復調処理で規格化した参照信号を用い、元の観測データの電力を変化させないようにしている。従って、PRF変更付近で電力の変調を生じず、画像再生後の画像に不自然な輝度むらを発生させない利点がある。 The image radar apparatus according to the first embodiment uses a reference signal standardized by matched filter processing or chirp demodulation processing so that the power of the original observation data is not changed. Accordingly, there is an advantage that power is not modulated in the vicinity of the PRF change, and unnatural luminance unevenness does not occur in the image after image reproduction.
実施の形態2.
実施の形態1では、マッチドフィルタ処理およびチャープ復調処理を周波数領域で行ったのに対し、実施の形態2ではそれらの処理を時間領域で行う形態を示す。 In the first embodiment, the matched filter process and the chirp demodulation process are performed in the frequency domain, while the second embodiment shows a form in which these processes are performed in the time domain.
図4は、この実施の形態2を示すブロック構成図である。実施の形態1と同一の部位は、同一の番号を付して説明を省略する。 FIG. 4 is a block diagram showing the second embodiment. The same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
図4において、時間領域マッチドフィルタ処理部51は、時間領域でマッチドフィルタ処理を行う。時間領域チャープ復調処理部91は、時間領域でチャープ信号の復調を行う。
In FIG. 4, the time domain matched
次に、実施の形態2の動作を図5で説明する。実施の形態1と同じ動作については、同一の番号を付して説明を省略する。 Next, the operation of the second embodiment will be described with reference to FIG. The same operations as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
ステップST011において、時間領域マッチドフィルタ処理部51が、観測データ格納部2より観測データを読み込む。
In step ST011, the time domain matched
ステップST051において、時間領域マッチドフィルタ処理部51が、観測データ格納部2より読み込んだ観測データと、電力規格化部20の出力から時間領域のマッチドフィルタ処理を行う。このマッチドフィルタ処理は、式(4)で与えられる。
In step ST051, the time domain matched
ここで、tはファストタイム、uはファストタイム領域の変数、
は時間領域マッチドフィルタの出力、srec(t)は観測データ、h(t)はマッチドフィルタである。マッチドフィルタは、式(5)で与えられる。
Where t is fast time, u is a variable in the fast time area,
Is the output of the time domain matched filter, s rec (t) is the observation data, and h (t) is the matched filter. The matched filter is given by equation (5).
ここで、srep(t)はパルスレプリカの信号である。 Here, s rep (t) is a pulse replica signal.
ステップST111では、時間領域チャープ信号処理部91が、受信時間等価化処理部70の出力と、復調用参照信号発生部8の出力を用いてチャープの復調処理を行う。このチャープ信号の復調処理は、式(6)で与えられる。
In step ST111, the time-domain chirp
以上のように、実施の形態2では、マッチドフィルタリング部4におけるマッチドフィルタ処理、及び復調処理部6における復調処理は、時間領域での処理として行われる。言い換えれば、フーリエ変換を行わずに時間領域でマッチドフィルタ処理とチャープ復調処理を行っている。その結果、フーリエ変換のための部位を必要とせずに、実施の形態1と同様の効果を得ることができる。
As described above, in the second embodiment, the matched filter processing in the matched
実施の形態1、2において、パルス信号と呼ばれる信号はパルス信号以外の任意の変調信号であっても構わない。従って、「パルス信号」は単に信号と呼んでも構わない。また、「異なる時間間隔で送信される複数のパルス信号」は「異なる時間間隔で送信される第1の複数の信号」と呼んでも構わない。「単一の時間間隔で送信される複数のパルス信号」は「単一の時間間隔で送信される第2の複数の信号」と呼んでも構わない。また、「反射波」は「反射波を示すデータ」と呼んでも構わない。 In the first and second embodiments, a signal called a pulse signal may be an arbitrary modulation signal other than the pulse signal. Therefore, the “pulse signal” may be simply called a signal. Further, “a plurality of pulse signals transmitted at different time intervals” may be referred to as “a first plurality of signals transmitted at different time intervals”. “A plurality of pulse signals transmitted at a single time interval” may be referred to as “a second plurality of signals transmitted at a single time interval”. The “reflected wave” may be called “data indicating the reflected wave”.
1:画像レーダ装置、2:観測データ格納部、3:データ変換部、4:マッチドフィルタリング部、5:等価化処理部、6:復調処理部、7:パルスレプリカ格納部、8:復調用参照信号発生部、9:変換後データ格納部、10:フーリエ変換A部、20:電力規格化部、30:フーリエ変換B部、40:フーリエ変換C部、50:マッチドフィルタ処理部、51:時間領域マッチドフィルタ処理部、60:逆フーリエ変換部、70:受信時間等価化処理部、80:フーリエ変換D部、90:チャープ復調処理部、91:時間領域チャープ復調処理部、100:逆フーリエ変換部B部、110:アジマス方向リサンプリング部 1: image radar device, 2: observation data storage unit, 3: data conversion unit, 4: matched filtering unit, 5: equalization processing unit, 6: demodulation processing unit, 7: pulse replica storage unit, 8: reference for demodulation Signal generation unit, 9: converted data storage unit, 10: Fourier transform A unit, 20: power normalization unit, 30: Fourier transform B unit, 40: Fourier transform C unit, 50: matched filter processing unit, 51: time Region matched filter processing unit, 60: inverse Fourier transform unit, 70: reception time equalization processing unit, 80: Fourier transform D unit, 90: chirp demodulation processing unit, 91: time domain chirp demodulation processing unit, 100: inverse Fourier transform Part B, 110: Azimuth direction resampling unit
Claims (7)
前記データ格納部に格納された反射波を示すデータを、単一のPRFで送信される第2の複数の信号の前記観測対象からの反射波を示すデータと等価なデータに変換するデータ変換部と、
を備えたことを特徴とする画像レーダ装置。 A data storage unit for storing data indicating reflected waves from the observation target of the first plurality of signals transmitted by different PRFs;
A data conversion unit that converts data indicating the reflected wave stored in the data storage unit into data equivalent to data indicating the reflected wave from the observation target of the second plurality of signals transmitted by a single PRF When,
An image radar apparatus comprising:
前記第2の複数の信号は単一のチャープレートを有するチャープ信号である
ことを特徴とする請求項1に記載の画像レーダ装置。 The first plurality of signals includes chirp signals having different chirp plates;
The image radar apparatus according to claim 1, wherein the second plurality of signals are chirp signals having a single chirp plate.
前記第1の複数の信号を格納するレプリカ格納部と、
前記データ格納部に格納された反射波を示すデータ及び前記レプリカ部に格納された信号との間でマッチドフィルタ処理を行い取得されるパルス圧縮された信号を複数出力するマッチドフィルタリング部と、
前記マッチドフィルタリング部から出力された前記複数のパルス圧縮された信号の時間幅をそろえる等価化処理部と、
前記単一のPRFで送信される信号の波形を示すデータを用いて復調処理を行う復調処理部と、
を備えたことを特徴とする請求項1に記載の画像レーダ装置。 The data converter is
A replica storage unit for storing the first plurality of signals;
A matched filtering unit that outputs a plurality of pulse-compressed signals obtained by performing a matched filter process between the data indicating the reflected wave stored in the data storage unit and the signal stored in the replica unit;
An equalization processing unit for aligning time widths of the plurality of pulse-compressed signals output from the matched filtering unit;
A demodulation processing unit that performs demodulation processing using data indicating a waveform of a signal transmitted by the single PRF;
The image radar apparatus according to claim 1, further comprising:
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