JP2016173239A - Position estimation device, and synthetic aperture radar device - Google Patents

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Tetsuya Otsuki
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To display the true position of a detected mobile entity on a road map in mobile entity detection by a synthetic aperture radar device.SOLUTION: Provided is a position estimation device for displaying on a road map the position of a target detected on the basis of the differential image of radar images acquired by two antennas arranged in parallel to the traveling direction of a platform in which a synthetic aperture radar device is mounted, the position estimation device being configured from: a correction unit for calculating the amount of deviation in a target position by Doppler shift and correcting the target position; a road detection unit for detecting, from a road map, a road present within a prescribed range of distance centering around the corrected target position; a distance comparison unit for detecting, from among detected roads, a road that is in the traveling direction of the platform and in the shortest distance from the corrected target position as a point of reference; and a display unit for displaying the detected position on the road as a true target position on the road map.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、合成開口レーダ装置により移動体を検出し、検出した移動体の位置情報を精度よく取得する技術に関するものである。   The present invention relates to a technique for detecting a moving body with a synthetic aperture radar apparatus and obtaining position information of the detected moving body with high accuracy.

従来、合成開口レーダ装置を用いた位置推定技術として、アンテナ開口を移動方向に分割し、連続する2パルス間において等価的にアンテナが静止した状態を作り出し、得られたレーダ画像の差分を算出し、静止目標からのクラッタを抑圧する技術(Synthetic Aperture Radar Moving Target Indicator:以下、SAR−MTIという)が提案されている(例えば、非特許文献1)。
また、同じく合成開口レーダ装置を用いた位置推定技術として、ドップラシフトによる移動目標のアジマス方向の位置ずれを解消する移動目標検出装置が提案されている(例えば、特許文献1)。
Conventionally, as a position estimation technique using a synthetic aperture radar device, the antenna aperture is divided in the direction of movement, the antenna is equivalently stationary between two consecutive pulses, and the difference between the obtained radar images is calculated. A technique for suppressing clutter from a stationary target (Synthetic Aperture Radar Moving Target Indicator: hereinafter referred to as SAR-MTI) has been proposed (for example, Non-Patent Document 1).
Similarly, as a position estimation technique using a synthetic aperture radar apparatus, a moving target detection apparatus that eliminates a positional shift of a moving target in the azimuth direction due to a Doppler shift has been proposed (for example, Patent Document 1).

特開2008−256447号公報JP 2008-256447 A

諏訪啓.複数開口SAR-MTI方式におけるレンジ方向目標速度推定方式.2013年電子情報通信学会総合大会講演論文集.2013、B-2-15.Kei Suwa. Range direction target velocity estimation method in multi-aperture SAR-MTI method. Proceedings of the 2013 IEICE General Conference. 2013, B-2-15.

従来のSAR−MTIについて簡単に説明する。SAR−MTIは、同一位置から同一地域を1パルス間隔分ずれた時刻に撮像した2枚のレーダ画像を用い、この2枚のレーダ画像の差分を算出することで、静止目標からのクラッタを抑圧して、撮像したレーダ画像から目標である移動体の検出を行う。
図3は、合成開口レーダ装置を用いて移動体を観測するときの一例を示した観測ジオメトリ図である。図3では、合成開口レーダ装置を搭載したプラットフォーム(以下、プラットフォーム)の進行方向110をアジマス方向とし、進行方向110を正方向とする。また、レンジ方向はアジマス方向に対して垂直な方向とし、プラットフォームから遠ざかる方向を正方向とする。移動体がレンジ方向に速度成分Vtgtを有している場合、ドップラシフトにより、レーダ画像上で本来存在する位置からアジマス方向にずれてレーダ画像上に表示される。この時のドップラシフト量は以下の式(1)で算出される。
A conventional SAR-MTI will be briefly described. SAR-MTI suppresses clutter from a stationary target by using two radar images taken at the same location from the same position at the time shifted by one pulse interval and calculating the difference between the two radar images. Then, the target moving body is detected from the captured radar image.
FIG. 3 is an observation geometry diagram showing an example when a moving object is observed using a synthetic aperture radar apparatus. In FIG. 3, the traveling direction 110 of a platform (hereinafter referred to as a platform) on which a synthetic aperture radar apparatus is mounted is defined as an azimuth direction, and the traveling direction 110 is defined as a positive direction. The range direction is a direction perpendicular to the azimuth direction, and the direction away from the platform is the positive direction. When the moving body has the velocity component Vtgt in the range direction, it is displayed on the radar image by shifting in the azimuth direction from the position originally existing on the radar image by Doppler shift. The Doppler shift amount at this time is calculated by the following equation (1).

Figure 2016173239
Figure 2016173239

ここで、Vtgtは移動体の速度、Vpltはプラットフォームの速度、Rは移動体までのスラントレンジ距離、θはオフナディア角である。   Here, Vtgt is the speed of the moving body, Vplt is the speed of the platform, R is the slant range distance to the moving body, and θ is the off-nadir angle.

図4は、SAR−MTIにおいて検出した移動体のドップラシフトの例を示す図である。図4に示すように、SAR−MTIにおいて検出した移動体の位置K’aは、移動体のレンジ方向の速度成分Vtgtに応じ、アジマス方向にずれて表示される。そこで、従来、アジマス方向のずれに関して移動体の速度Vtgtを推定し、式(1)によりドップラシフト量を算出することで、アジマス方向のずれの補正を行っていた。   FIG. 4 is a diagram illustrating an example of Doppler shift of a moving body detected in SAR-MTI. As shown in FIG. 4, the position K′a of the moving body detected in the SAR-MTI is displayed while being shifted in the azimuth direction according to the velocity component Vtgt in the range direction of the moving body. Therefore, conventionally, the shift in the azimuth direction has been corrected by estimating the velocity Vtgt of the moving body with respect to the shift in the azimuth direction and calculating the Doppler shift amount using the equation (1).

しかしながら、信号処理時の雑音によっても推定精度誤差等が発生するため、推定する移動体の速度Vtgtにも誤差が生じる。
このためドップラシフト量を補正した移動体の位置にも誤差が生じ、地図上に移動体の位置を表示した際に、真の位置に表示されないという課題があった。
However, since an estimation accuracy error or the like also occurs due to noise during signal processing, an error also occurs in the estimated velocity Vtgt of the moving body.
For this reason, an error also occurs in the position of the moving body in which the Doppler shift amount is corrected, and there is a problem that when the position of the moving body is displayed on the map, it is not displayed at the true position.

この発明は係る課題を解決するためになされたものであり、合成開口レーダ装置による目標の位置の精度を向上させると共に、地図上に、目標の位置をより精度よく表示可能な位置推定装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve such problems, and provides a position estimation device capable of improving the accuracy of a target position by a synthetic aperture radar device and displaying the target position on a map with higher accuracy. The purpose is to do.

この発明に係る位置推定装置は、合成開口レーダ装置を搭載したプラットフォームの進行方向と並行に配置された2台のアンテナにより取得したレーダ画像に基づき目標を検出し、前記目標の位置を取得する目標検出部と、ドップラシフトによる前記目標の位置のずれ量を算出し、前記ずれ量を用いて前記目標の位置を補正する補正部と、デジタル道路地図を記憶する記憶装置と、前記補正後の目標の位置を中心として所定の距離の範囲内に存在する道路を前記デジタル道路地図から検出する道路検出部と、前記道路検出部で検出した道路の中から、前記補正後の目標の位置を基準に、前記プラットフォームの進行方向と平行な方向にあって、最も距離の近い道路の位置座標を検出する距離比較部と、前記距離比較部で検出した前記位置座標を、前記目標の真の位置座標として前記デジタル道路地図上に表示する表示部とから構成される。   A position estimation device according to the present invention detects a target based on a radar image acquired by two antennas arranged in parallel with the traveling direction of a platform on which a synthetic aperture radar device is mounted, and acquires the target position. A detection unit; a correction unit that calculates a shift amount of the target position due to Doppler shift; corrects the target position using the shift amount; a storage device that stores a digital road map; and the corrected target A road detection unit that detects a road existing within a predetermined distance from the position of the digital road map from the digital road map, and a road detected by the road detection unit based on the corrected target position A distance comparison unit that detects a position coordinate of a closest road in a direction parallel to the traveling direction of the platform, and the position coordinate detected by the distance comparison unit , Composed of a display unit for displaying on the digital road map as the true coordinates of the target.

本発明に係る位置推定装置によれば、合成開口レーダ装置により推定する目標位置の精度を改善し、地図上に、目標の位置を精度よく表示することができる。   According to the position estimation apparatus according to the present invention, the accuracy of the target position estimated by the synthetic aperture radar apparatus can be improved, and the target position can be accurately displayed on the map.

本発明の実施の形態1に係る合成開口レーダ装置1と、位置推定装置2の構成を表す図である。It is a figure showing the structure of the synthetic aperture radar apparatus 1 which concerns on Embodiment 1 of this invention, and the position estimation apparatus 2. FIG. 本発明の実施の形態1に係る移動体のドップラシフト補正後の位置誤差補正の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the position error correction after the Doppler shift correction | amendment of the moving body which concerns on Embodiment 1 of this invention. 合成開口レーダ装置を用いて移動体を観測するときの一例を示す観測ジオメトリを示す図である。It is a figure which shows the observation geometry which shows an example when a moving body is observed using a synthetic aperture radar apparatus. SAR−MTIにおける、移動体検出処理後の差分画像の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the difference image after a mobile body detection process in SAR-MTI. SAR−MTIにおける、移動体のドップラシフト補正後の位置誤差を説明する図である。It is a figure explaining the position error after Doppler shift correction of a moving body in SAR-MTI.

実施の形態1.
以下、本発明の実施の形態1に係る位置推定装置について、図を用いて説明する。
Embodiment 1 FIG.
Hereinafter, the position estimation apparatus according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の実施の形態1に係る合成開口レーダ装置1と、合成開口レーダ装置1の一構成要素である位置推定装置2の構成を示した図である。図3は先述の通り、合成開口レーダ装置を用いて移動体を観測するときの一例を示す観測ジオメトリを示す図であり、図5はSAR−MTIにおける、移動体のドップラシフト補正後の位置誤差を説明する図である。   FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a synthetic aperture radar apparatus 1 according to Embodiment 1 of the present invention and a position estimation apparatus 2 that is one component of the synthetic aperture radar apparatus 1. FIG. 3 is a diagram showing an observation geometry showing an example when a moving object is observed using a synthetic aperture radar device as described above, and FIG. 5 is a positional error after the Doppler shift correction of the moving object in SAR-MTI. FIG.

合成開口レーダ装置1は、例えば図示しない航空機や人工衛星などに搭載され、アンテナ3a、3b、送受信部4、飛行機情報検出部5、画像再生処理部6、本発明に係る位置推定装置2、表示部17を備える。
ここで、位置推定装置2は、移動体検出部8、速度推定部9、ドップラシフト補正部10、デジタル道路地図12を備えた記憶装置11、座標検出部13、道路検出部14、距離比較部15、位置補正部16、表示部17から構成される。
以下、各々の構成についてその動作を説明する。
The synthetic aperture radar device 1 is mounted on, for example, an unillustrated aircraft or artificial satellite, and includes antennas 3a and 3b, a transmission / reception unit 4, an airplane information detection unit 5, an image reproduction processing unit 6, a position estimation device 2 according to the present invention, a display. The unit 17 is provided.
Here, the position estimation device 2 includes a moving body detection unit 8, a speed estimation unit 9, a Doppler shift correction unit 10, a storage device 11 having a digital road map 12, a coordinate detection unit 13, a road detection unit 14, and a distance comparison unit. 15, a position correction unit 16 and a display unit 17.
The operation of each configuration will be described below.

アンテナ3a、3bは、共に、観測領域に向けて高周波パルス信号を照射することが可能であり、観測領域から反射された前記高周波パルス信号を受信することが可能なアンテナである。
本実施の形態に係るアンテナは、同一位置から同一地域を1パルス間隔分ずれた時刻に取得した2枚のレーダ画像を得るために2つのアンテナ3a、3bを使用しており、アンテナ3a、3bは、プラットフォームの進行方向110と並行になるように配置される。
The antennas 3a and 3b are both antennas that can irradiate a high-frequency pulse signal toward the observation region and receive the high-frequency pulse signal reflected from the observation region.
The antenna according to the present embodiment uses two antennas 3a and 3b in order to obtain two radar images acquired at the time when the same area is shifted by one pulse interval from the same position. Are arranged in parallel with the direction of travel 110 of the platform.

送受信部4は高周波パルス信号を生成しアンテナ3a、3bへ送信すると共に、アンテナ3a、3bで受信した観測領域からの反射信号である高周波パルス信号を増幅する。そして、増幅後の高周波パルス信号を、画像再生処理部6に送信する。   The transmission / reception unit 4 generates a high-frequency pulse signal and transmits it to the antennas 3a and 3b, and amplifies the high-frequency pulse signal that is a reflected signal from the observation region received by the antennas 3a and 3b. Then, the amplified high-frequency pulse signal is transmitted to the image reproduction processing unit 6.

飛行情報検出部5は、プラットフォームの速度、高度、位置、姿勢等の情報を動揺センサにて検出し、画像再生処理部6に送信する。   The flight information detection unit 5 detects information such as the platform speed, altitude, position, and posture with a motion sensor and transmits the information to the image reproduction processing unit 6.

画像再生処理部6は、送受信部4から入力した増幅された高周波パルス信号、及び、飛行情報検出部5から入力したプラットフォームの速度、高度、位置、姿勢等の情報に基き、2次元の高分解能画像であるレーダ画像7a、7bを再生する。なお、画像再生処理部6で行うレーダ画像7a、7bの再生処理の原理や手法については従来の文献等で知られているものであり、ここではその説明を省略する。   The image reproduction processing unit 6 is based on the amplified high-frequency pulse signal input from the transmission / reception unit 4 and the platform speed, altitude, position, posture, and other information input from the flight information detection unit 5 to provide a two-dimensional high resolution. Radar images 7a and 7b, which are images, are reproduced. Note that the principle and method of the reproduction processing of the radar images 7a and 7b performed by the image reproduction processing unit 6 are known from conventional literatures and the like, and the description thereof is omitted here.

レーダ画像7a、7bは、それぞれアンテナ3a、3bからの高周波パルス信号を基に、画像再生処理部6から生成された画像データであり、2つの画像は同一位置から同一地域を1パルス間隔分ずれた異なる時刻で取得したものである。また、レーダ画像7a、7bは複素データから成る画素で構成されている。   The radar images 7a and 7b are image data generated from the image reproduction processing unit 6 on the basis of the high-frequency pulse signals from the antennas 3a and 3b, respectively. The two images are shifted from the same position by one pulse interval from the same area. Obtained at different times. The radar images 7a and 7b are composed of pixels composed of complex data.

位置推定装置2の構成要素である移動体検出部8は、レーダ画像7a、7bの複素差分を取り、静止目標からのクラッタを抑圧することにより、より正確に移動体を検出することができる。   The moving object detection unit 8 that is a component of the position estimation device 2 can detect the moving object more accurately by taking the complex difference between the radar images 7a and 7b and suppressing clutter from the stationary target.

図4は、先述の通りSAR−MTIにおいて検出した移動体のドップラシフトの例を示す図であり、移動体検出部8による移動体検出処理後の差分画像100の一例である。
ここで、移動体検出部8によって検出した移動体の位置K’aは、レンジ方向の速度成分Vtgtを有している。そのため、検出した移動体の位置K’aは、ドップラシフトにより、真の移動体の位置M1からアジマス方向にずれて表示されるという問題がある。
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the Doppler shift of the moving object detected in the SAR-MTI as described above, and is an example of the difference image 100 after the moving object detection process by the moving object detection unit 8.
Here, the position K′a of the moving object detected by the moving object detection unit 8 has a velocity component Vtgt in the range direction. Therefore, there is a problem that the detected position K′a of the moving body is displayed in a azimuth direction shifted from the position M1 of the true moving body by Doppler shift.

まず、速度推定部9は、移動体検出部8で検出したレーダ画像7aに表示されている移動体と、レーダ画像7bに表示されている移動体の位相差から、以下の式(2)によって移動体のレンジ方向の速度Vtgtを推定する。   First, the speed estimation unit 9 calculates the following equation (2) from the phase difference between the moving object displayed in the radar image 7a detected by the moving object detection unit 8 and the moving object displayed in the radar image 7b. The speed Vtgt in the range direction of the moving body is estimated.

Figure 2016173239
Figure 2016173239

ここで、λは高周波パルス信号の波長、φはレーダ画像7a、7b間の移動体の位相差、Lはアンテナ3a、3bの間のベースライン長、θはオフナディア角である。   Here, λ is the wavelength of the high frequency pulse signal, φ is the phase difference of the moving body between the radar images 7a and 7b, L is the baseline length between the antennas 3a and 3b, and θ is the off-nadir angle.

ドップラシフト補正部10は、速度推定部9で推定した移動体の速度Vtgtを基に、ドップラシフト量を式(1)により算出する。   The Doppler shift correction unit 10 calculates the Doppler shift amount according to the equation (1) based on the moving body speed Vtgt estimated by the speed estimation unit 9.

Figure 2016173239
Figure 2016173239

そして、算出したドップラシフト量に応じて移動体の位置K’aをアジマス方向に補正する。
ここで、速度推定部9で推定した移動体のレンジ方向の速度Vtgtは、前述の通り、信号処理時の雑音によって推定精度誤差等が発生するため、推定する移動体の速度Vtgtにも誤差を含んでいる。このため、式(3)で求めたドップラシフト量にも誤差が生じ、ドップラシフト補正後の移動体の位置も、真の移動体の位置M1に対し誤差を含むこととなる。
そこで、本実施の形態に係る位置推定装置では、更に以下の処理を行う。
Then, the position K′a of the moving body is corrected in the azimuth direction according to the calculated Doppler shift amount.
Here, the speed Vtgt in the range direction of the moving body estimated by the speed estimation unit 9 causes an estimation accuracy error or the like due to noise during signal processing, as described above. Contains. For this reason, an error also occurs in the Doppler shift amount obtained by Expression (3), and the position of the moving body after the Doppler shift correction also includes an error with respect to the position M1 of the true moving body.
Therefore, the position estimation apparatus according to the present embodiment further performs the following processing.

記憶装置11は、内部にデジタル道路地図12を記憶している。デジタル道路地図12は、一般的な地理情報や道路の情報等が含まれている地図であり、電子的に処理可能な数値情報として、道路の位置が二次元座標で含まれているものである。   The storage device 11 stores a digital road map 12 therein. The digital road map 12 is a map that includes general geographical information, road information, and the like, and includes the position of the road in two-dimensional coordinates as numerical information that can be processed electronically. .

座標検出部13は、ドップラシフト補正部10でドップラシフトを補正した後の移動体の位置Kaの座標Ka(Xa,Ya)を検出する。
そして、座標検出部13は、記憶装置11に記憶されているデジタル道路地図12の座標上に、ドップラシフト補正後の位置Ka(Xa,Ya)をプロットする処理を行う。
The coordinate detection unit 13 detects the coordinates Ka (Xa, Ya) of the position Ka of the moving body after the Doppler shift correction unit 10 corrects the Doppler shift.
Then, the coordinate detection unit 13 performs a process of plotting the position Ka (Xa, Ya) after the Doppler shift correction on the coordinates of the digital road map 12 stored in the storage device 11.

次に道路検出部14は、座標検出部13がデジタル道路地図12にプロットした、ドップラシフト補正後の移動体の位置Kaの座標Ka(Xa,Ya)を中心として、所定の距離以内に存在する道路を検出する処理を行う。なお、所定の距離は入力手段により本装置の操作者が入力可能である。   Next, the road detection unit 14 exists within a predetermined distance with the coordinate Ka (Xa, Ya) of the position Ka of the moving body after the Doppler shift correction plotted on the digital road map 12 by the coordinate detection unit 13 as the center. A process for detecting a road is performed. Note that the predetermined distance can be input by the operator of the apparatus using the input means.

距離比較部15は、道路検出部14で検出した道路と、ドップラシフト補正後の移動体の位置Kaとの距離を比較することにより、ドップラシフト補正後の移動体の位置Kaから最も距離の近い道路を検出する処理を行う。
ここで、最も距離の近い道路の検出にあたっては、ドップラシフトによる移動体の真の位置からのずれはアジマス上で発生することから、ドップラシフト補正後の移動体の位置Kaを基準にアジマス方向、すなわちプラットフォームの進行方向に平行な方向にある道路で最も距離の近い道路を検出する。ここで、移動体は道路上を走行する移動体であって、例えば車両である。
The distance comparison unit 15 compares the distance between the road detected by the road detection unit 14 and the position Ka of the moving body after Doppler shift correction, so that the distance is closest to the position Ka of the moving body after Doppler shift correction. A process for detecting a road is performed.
Here, in detecting the closest road, since the displacement from the true position of the moving body due to the Doppler shift occurs on the azimuth, the azimuth direction based on the position Ka of the moving body after the Doppler shift correction, In other words, the closest road among the roads in the direction parallel to the traveling direction of the platform is detected. Here, the moving body is a moving body traveling on a road, for example, a vehicle.

次に位置補正部16は、アジマス方向にあって、距離比較部15で検出したドップラシフト補正後の移動体の位置Kaに最も距離の近い道路上の座標M1(X1,Y1)に、前記移動体Kaの位置座標Ka(Xa,Ya)を補正する処理を行う。   Next, the position correction unit 16 moves to the coordinate M1 (X1, Y1) on the road closest to the position Ka of the moving body after the Doppler shift correction detected by the distance comparison unit 15 in the azimuth direction. A process of correcting the position coordinate Ka (Xa, Ya) of the body Ka is performed.

表示部17は、位置補正部16から出力された位置座標M1(X1,Y1)を、移動体の真の位置として認識しデジタル道路地図上に表示する。   The display unit 17 recognizes the position coordinates M1 (X1, Y1) output from the position correction unit 16 as the true position of the moving body and displays it on the digital road map.

以下では、本実施の形態に係る移動体推定装置2の具体的な動作について説明する。   Below, the specific operation | movement of the mobile body estimation apparatus 2 which concerns on this Embodiment is demonstrated.

ドップラシフト補正部10は、移動体検出部8で検出した移動体の位置K’aに対し、ドップラシフト補正部10で算出したドップラシフト量に応じて移動体の位置をアジマス方向に補正することで、ドップラシフト補正後の移動体の位置Kaを算出する(図5)。
この際、検出した移動体のレンジ方向の速度成分Vtgtがプラットフォームに近づく方向の場合は、検出した移動体の表示位置K’aがプラットフォームの進行方向110と同方向にずれて表示されるため、前記表示位置K’aをプラットフォームの進行方向110と逆方向に、ドップラシフト量に応じて移動体の位置K’aの補正を行う。
一方、プラットフォームから遠ざかる方向の場合は、検出した移動体の表示位置K’aがプラットフォームの進行方向110と逆方向にずれて表示されるため、前記表示位置K’aをプラットフォームと同方向に、ドップラシフトに応じて移動体の位置K’aの補正を行う。
The Doppler shift correction unit 10 corrects the position of the moving body in the azimuth direction according to the Doppler shift amount calculated by the Doppler shift correction unit 10 with respect to the position K′a of the moving body detected by the moving body detection unit 8. Thus, the position Ka of the moving body after the Doppler shift correction is calculated (FIG. 5).
At this time, when the detected velocity component Vtgt in the range direction of the moving body is in a direction approaching the platform, the display position K′a of the detected moving body is displayed in the same direction as the traveling direction 110 of the platform. The display position K′a is corrected in the direction opposite to the platform traveling direction 110 and the position K′a of the moving body is corrected according to the Doppler shift amount.
On the other hand, in the case of the direction away from the platform, the display position K′a of the detected mobile object is displayed in the direction opposite to the platform traveling direction 110, so the display position K′a is set in the same direction as the platform. The position K′a of the moving body is corrected according to the Doppler shift.

座標検出部13以降の処理を、図2の例を用いて説明する。
図2は、本発明の実施の形態1に係る移動体のドップラシフト補正後の位置誤差補正の例を示す図である。座標検出部13は、ドップラシフト補正部10で補正した補正後の移動体の位置座標Ka(Xa,Ya)を検出し、デジタル道路地図12上にプロットする。
The processing after the coordinate detection unit 13 will be described with reference to the example of FIG.
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of position error correction after Doppler shift correction of the moving body according to Embodiment 1 of the present invention. The coordinate detection unit 13 detects the corrected position coordinates Ka (Xa, Ya) of the moving body corrected by the Doppler shift correction unit 10 and plots them on the digital road map 12.

道路検出部14は、デジタル道路地図12上の同一座標にプロットした移動体の位置座標Ka(Xa,Ya)に基づいて、位置座標Ka(Xa,Ya)から所定の距離以内に存在する道路を検出する。所定の距離は、ユーザがキーボード等の入力手段により任意に設定可能な数値である。   Based on the position coordinates Ka (Xa, Ya) of the moving object plotted at the same coordinates on the digital road map 12, the road detection unit 14 detects roads existing within a predetermined distance from the position coordinates Ka (Xa, Ya). To detect. The predetermined distance is a numerical value that can be arbitrarily set by the user using an input means such as a keyboard.

次に距離比較部15は、道路検出部14で検出した道路の各候補に対し、ドップラシフト補正後の移動体の位置座標Ka(Xa,Ya)と隣接する道路との距離を比較する。比較の結果、距離比較部15は、前記移動体の位置座標Ka(Xa,Ya)から最も距離の近い道路を検出する。
ここで、ドップラシフトによる移動体の真の位置からのずれはアジマス方向、すなわち合成開口レーダ装置を搭載したプラットフォームの進行方向で発生する。このため、距離を比較する対象となる道路は、移動体の位置を中心として、移動体と同じアジマス軸上の正負方向にある隣接する道路となる。 アジマス軸上の正負方向にある隣接するおのおのの道路までの距離ra2、ra1の比較は以下の式(3)、式(4)により行う。
Next, the distance comparison unit 15 compares the distance between the position coordinates Ka (Xa, Ya) of the moving body after the Doppler shift correction and the adjacent road for each of the road candidates detected by the road detection unit 14. As a result of the comparison, the distance comparison unit 15 detects the road having the shortest distance from the position coordinates Ka (Xa, Ya) of the moving body.
Here, the displacement of the moving body from the true position due to the Doppler shift occurs in the azimuth direction, that is, the traveling direction of the platform on which the synthetic aperture radar device is mounted. For this reason, the road for which the distance is compared is an adjacent road in the positive and negative directions on the same azimuth axis as the moving body, with the position of the moving body as the center. The distances ra2 and ra1 to the adjacent roads in the positive and negative directions on the azimuth axis are compared by the following equations (3) and (4).

Figure 2016173239
Figure 2016173239

ここで、ra1、ra2は、Ka(Xa,Ya)と、道路上の点M1(X1、Y1)と、点M2(X2、Y2)から、以下の式(5)、式(6)より求めることができる。 Here, ra1 and ra2 are obtained from the following equations (5) and (6) from Ka (Xa, Ya), the point M1 (X1, Y1) on the road, and the point M2 (X2, Y2). be able to.

Figure 2016173239
Figure 2016173239

式(3)が成立する場合、ra1>ra2となり、道路上の点M1(X1、Y1)が存在する隣接する道路が最も近くにある道路となる。
一方、式(4)が成立する場合、ra1<ra2となり、道路上の点M2(X2、Y2)が存在する隣接する道路が最も近くにある道路となる。
図2の例では、ra1<ra2であるので、検出した移動体の左側にある道路が最も近くにある道路として検出される。
位置補正部16は、距離比較部15で最も距離の近いと判定された道路上にあり、移動体と同じアジマス軸上にある点、M1(X1,Y1)に、Ka(Xa,Ya)の位置座標をプロットし、表示部17へ出力する。
表示部17は、位置補正部16から出力された位置座標M1(X1,Y1)をデジタル道路地図12上に表示する。
When Expression (3) is satisfied, ra1> ra2, and the adjacent road where the point M1 (X1, Y1) on the road exists is the closest road.
On the other hand, when Expression (4) is satisfied, ra1 <ra2 is satisfied, and the adjacent road where the point M2 (X2, Y2) on the road exists is the closest road.
In the example of FIG. 2, since ra1 <ra2, the road on the left side of the detected moving object is detected as the closest road.
The position correction unit 16 is located on the road determined to be the closest by the distance comparison unit 15 and is on the same azimuth axis as the moving body, M1 (X1, Y1), and Ka (Xa, Ya). The position coordinates are plotted and output to the display unit 17.
The display unit 17 displays the position coordinates M1 (X1, Y1) output from the position correction unit 16 on the digital road map 12.

このように、本実施の形態による位置推定装置によれば、合成開口レーダ装置により推定する目標の位置精度を改善し、地図上に、目標の位置を精度よく表示することができる。この発明に係る位置推定装置は、航空測量や、交通量調査等に使用可能であり、汎用性が高い。
なお、本発明に係る位置推定装置は同様の方法によりレンジ方向に適用することもできる。
As described above, according to the position estimation apparatus according to the present embodiment, the position accuracy of the target estimated by the synthetic aperture radar apparatus can be improved, and the position of the target can be accurately displayed on the map. The position estimation apparatus according to the present invention can be used for aerial surveys, traffic surveys, and the like, and has high versatility.
Note that the position estimation apparatus according to the present invention can also be applied in the range direction by a similar method.

1 合成開口レーダ装置、2 位置推定装置、3a アンテナ、3b アンテナ、4 送受信部、5 飛行情報検出部、6 画像再生処理部、7a レーダ画像、7b レーダ画像、8 移動体検出部、9 速度推定装部、10 ドップラシフト補正部、11 記憶装置、12 デジタル道路地図、13 座標検出部、14 道路検出部、15 距離比較部、16 位置補正部、17 表示部、18 道路、100 移動体検出処理後の差分画像、110 プラットフォーム進行方向、120 ドップラシフト補正後の位置と真の移動体の位置との誤差   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Synthetic aperture radar apparatus, 2 Position estimation apparatus, 3a antenna, 3b antenna, 4 Transmission / reception part, 5 Flight information detection part, 6 Image reproduction process part, 7a Radar image, 7b Radar image, 8 Moving body detection part, 9 Speed estimation 10 parts, 10 Doppler shift correction part, 11 storage device, 12 digital road map, 13 coordinate detection part, 14 road detection part, 15 distance comparison part, 16 position correction part, 17 display part, 18 road, 100 moving body detection process Difference image after, 110 platform direction, 120 Doppler shift corrected position and true moving body position error

Claims (4)

合成開口レーダ装置を搭載したプラットフォームの進行方向と並行に配置された2台のアンテナにより取得したレーダ画像に基づき目標を検出し、前記目標の位置を取得する目標検出部と、
ドップラシフトによる前記目標の位置のずれ量を算出し、前記ずれ量を用いて前記目標の位置を補正する補正部と、
デジタル道路地図を記憶する記憶装置と、
前記補正後の目標の位置を中心として所定の距離の範囲内に存在する道路を前記デジタル道路地図から検出する道路検出部と、
前記道路検出部で検出した道路の中から、前記補正後の目標の位置を基準に、前記プラットフォームの進行方向と平行な方向にあって、最も距離の近い道路の位置座標を検出する距離比較部と、
前記距離比較部で検出した前記位置座標を、前記目標の真の位置座標として前記デジタル道路地図上に表示する表示部と、
から構成されることを特徴とする位置推定装置。
A target detection unit that detects a target based on a radar image acquired by two antennas arranged in parallel with the traveling direction of the platform on which the synthetic aperture radar apparatus is mounted, and acquires the position of the target;
A correction unit that calculates a shift amount of the target position due to a Doppler shift, and corrects the target position using the shift amount;
A storage device for storing a digital road map;
A road detection unit that detects a road existing within a predetermined distance from the corrected target position from the digital road map;
A distance comparison unit that detects a position coordinate of a closest road in a direction parallel to the traveling direction of the platform from the road detected by the road detection unit based on the corrected target position When,
A display unit that displays the position coordinates detected by the distance comparison unit on the digital road map as the true position coordinates of the target;
A position estimation device comprising:
前記目標は前記デジタル道路地図の道路上を移動する移動体であることを特徴とする請求項1記載の位置推定装置。   The position estimation apparatus according to claim 1, wherein the target is a moving body that moves on a road of the digital road map. 前記レーダ画像は、同一位置から同一地域を、前記2台のアンテナにより所定の時間間で取得した2枚のレーダ画像であることを特徴とする請求項1、2いずれか記載の位置推定装置。   The position estimation device according to claim 1, wherein the radar image is two radar images obtained by acquiring the same area from the same position for a predetermined time with the two antennas. 合成開口レーダ装置を搭載したプラットフォームの進行方向と並行に配置された2台のアンテナと、
高周波パルス信号を生成し前記アンテナに送信すると共に、前記アンテナで受信した観測領域からの反射信号である高周波パルス信号を増幅する送受信部と、
前記プラットフォームの速度、高度の情報をセンサで検出する飛行情報検出部と、
前記送受信部から入力した高周波パルス信号と、前記飛行情報検出部から入力したプラットフォームの速度、高度の情報に基きレーダ画像を再生する画像再生処理部と、
前記レーダ画像に基づき目標を検出し、前記目標の位置を取得する目標検出部と、
ドップラシフトによる前記目標の位置のずれ量を算出し、前記ずれ量を用いて前記目標の位置を補正する補正部と、
デジタル道路地図を記憶する記憶装置と、
前記補正後の目標の位置を中心として所定の距離の範囲内に存在する道路を前記デジタル道路地図から検出する道路検出部と、
前記道路検出部で検出した道路の中から、前記補正後の目標の位置を基準に、前記プラットフォームの進行方向と平行な方向にあって、最も距離の近い道路の位置座標を検出する距離比較部と、
前記距離比較部で検出した前記位置座標を、前記目標の真の位置座標として前記デジタル道路地図上に表示する表示部と、
から構成されることを特徴とする合成開口レーダ装置。
Two antennas arranged in parallel with the traveling direction of the platform on which the synthetic aperture radar device is mounted;
A transmitter / receiver that generates a high-frequency pulse signal and transmits it to the antenna, and amplifies a high-frequency pulse signal that is a reflected signal from the observation region received by the antenna;
A flight information detector for detecting information about the speed and altitude of the platform with a sensor;
An image reproduction processing unit for reproducing a radar image based on a high-frequency pulse signal input from the transmission / reception unit, a platform speed input from the flight information detection unit, and altitude information;
A target detection unit that detects a target based on the radar image and obtains a position of the target;
A correction unit that calculates a shift amount of the target position due to a Doppler shift, and corrects the target position using the shift amount;
A storage device for storing a digital road map;
A road detection unit that detects a road existing within a predetermined distance from the corrected target position from the digital road map;
A distance comparison unit that detects a position coordinate of a closest road in a direction parallel to the traveling direction of the platform from the road detected by the road detection unit based on the corrected target position When,
A display unit that displays the position coordinates detected by the distance comparison unit on the digital road map as the true position coordinates of the target;
A synthetic aperture radar device comprising:
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