JP2019219356A

JP2019219356A - 画像レーダ装置及びそのレーダ信号処理方法

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Publication number: JP2019219356A
Application number: JP2018119075A
Authority: JP
Inventors: 白井　智士; Tomoji Shirai; 智士白井
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Infrastructure Systems and Solutions Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Infrastructure Systems and Solutions Corp
Priority date: 2018-06-22
Filing date: 2018-06-22
Publication date: 2019-12-26
Anticipated expiration: 2038-06-22
Also published as: JP6860528B2

Abstract

【課題】レベルの近い点が複数存在する場合でも、安定した画像が得られ、視認性を良好に維持することができるようにする。【解決手段】実施形態の画像レーダ装置は、ＩＳＡＲレーダ信号を受信してレンジ軸（Fast Time）−パルス軸（Slow Time）の直交２軸に置き換えられたＩＱデータを入力してレンジ軸方向の補正を施し、前記レンジ軸方向の補正を受けたＩＱデータを取り込んでパルス軸方向にノンコヒーレント積分し、前回選択されたレンジとの比較によってレンジ差許容範囲で振幅の高いレンジを選択し、選択レンジによる位相補正を施し、前記レンジ軸方向、パルス軸方向の補正を受けたＩＱデータを周波数領域の信号に変換して目標画像を取得する。【選択図】図１

Description

本実施形態は、画像レーダ装置及びそのレーダ信号処理方法に関する。

画像により目標を識別する画像レーダ装置にあっては、目標の重心等をレンジ及びドップラの両軸で追跡して、レンジ−ドップラ軸で目標を画像化するＩＳＡＲ（Inverse Synthetic Aperture Radar：逆合成開口レーダ）の再生方法が知られている（非特許文献１参照）。従来のＩＳＡＲの再生手法では、レベルの高いレンジ位置を選択して処理するＰＰＰ（Prominent Point Processing）またはＤＳＡ（Dominant Scatter Algorithm）と呼ばれる手法が用いられ、レベルの高いレンジ位置や、パルスごとのピーク値の最も多いレンジ位置などを画像生成ごとに用いて位相補正を行っている。ただし、これらの手法では、レベルの近い点が複数存在した場合に、短い時間で選択するレンジ位置が頻繁に切り替わってしまい、画像の形状が安定せず、視認性が劣化してしまう。

ＳＡＲ方式（ＩＳＡＲ）、吉田、‘改訂レーダ技術’、電子情報通信学会、pp.280-283(1996)

以上述べたように、従来のＩＳＡＲ再生方法を採用した画像レーダ装置では、レベルの近い点が複数存在した場合に、短い時間で選択するレンジ位置が頻繁に切り替わってしまい、画像の形状が安定せず、視認性が劣化してしまうという課題があった。
本実施形態は上記課題に鑑みなされたもので、レベルの近い点が複数存在する場合でも、安定した画像が得られ、視認性を良好に維持することのできる画像レーダ装置及びそのレーダ信号処理方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本実施形態に係る画像レーダ装置は、ＩＳＡＲレーダ信号を受信してレンジ軸（Fast Time）−パルス軸（Slow Time）の直交２軸に置き換えられたＩＱデータを入力してレンジ軸方向の補正を施し、前記レンジ軸方向の補正を受けたＩＱデータを取り込んでパルス軸方向にノンコヒーレント積分し、前回選択されたレンジとの比較によってレンジ差許容範囲で振幅の高いレンジを選択し、選択レンジによる位相補正を施し、前記レンジ軸方向、パルス軸方向の補正を受けたＩＱデータを周波数領域の信号に変換して目標画像を取得する。

実施形態に係る画像レーダ装置、位相補正部及びレンジ選択部それぞれの構成を示すブロック図。実施形態に係る画像レーダ装置のレンジ選択判定処理の具体例を示すフローチャート。図２に示すレンジ選択判定処理の具体例を示す図。

以下、実施形態について、図面を参照して説明する。
図１において、（ａ）は本実施形態に係るＩＳＡＲによる画像レーダ装置の構成を示すブロック図、（ｂ）は画像レーダ装置の位相補正部１２の構成を示すブロック図、（ｃ）は画像レーダ装置のレンジ選択部１１の具体的な構成を示すブロック図である。

図１（ａ）において、ＩＳＡＲのレーダ信号を受信して得られたＩＱデータは、レーダパルスの受信データをレンジ軸（Fast Time）−パルス軸（Slow Time）の直交２軸に置き換えたもので、点像目標のデータイメージを表している。すなわち、この画像レーダ装置は、ＩＱデータをレンジ補正部１１に入力してレンジ軸方向の補正（以下、レンジ補正と称する）を施し、位相補正部１２によってパルス軸方向の補正を施し、パルス軸ＦＦＴ（Fast Fourier Transform：高速フーリエ変換）処理部１３で時間領域を周波数領域に変換することで、点像目標を取得する。

ここで、上記位相補正部１２は、ＰＰＰ法で行う場合、図１（ｂ）に示すように、レンジ補正後のＩＱデータを取り込んで、レンジ選択部１２１によって画像化を行うレンジを選択し、選択レンジ位相補正部１２２で選択レンジによる位相補正を施す。また、上記レンジ選択部１２１は、図１（ｃ）に示すように、レンジ補正後のＩＱデータを取り込んでパルス積分処理部１２１１でパルス軸方向にノンコヒーレント積分し、
レンジ選択処理部１２１２で前回選択レンジ情報格納部１２１３に格納された前回選択レンジ情報との比較によって選択レンジを決定する。選択されたレンジ情報は前回選択レンジ情報格納部１２１３に記録され、レンジ補正後のＩＱデータと共に出力される。

ＩＳＡＲ画像化の処理過程において、位相補正をＰＰＰ法で行う場合に、上記レンジ選択部１２１の具体的な構成及びその処理を図２、図３に示して説明する。
まず、上記レンジ選択部１２１において、レンジ選択処理部１２１２は、図２に示すように、パルス積分処理部１２１１からの積分結果と、前回選択レンジ情報格納部１２１３からの前回選択レンジ情報を取り込み（ステップＳ１）、第１判定（ステップＳ２１）、第２判定（ステップＳ２２）、第３判定（ステップＳ２３）の順に優先的にレンジ選択判定を行い、最終結果をレンジ補正後のＩＱデータと共に出力し（ステップＳ３）、一連に処理を終了する。レンジ選択後は選択レンジ情報を保存する。

ここで、判定処理中の探索数をＮ、レンジ差許容値をＡとする。Ｎ，Ａはいずれも可変の値であり、環境によって適宜調整するものとする。以下の説明では、Ａ＝２、Ｎ＝３を想定する。
上記第１判定（Ｓ２１）は、振幅値が最大値から上位Ｎ番目までを順番に探索し、前回の選択レンジと今回の最大振幅レンジが同じ場合（ＹＥＳ）は、最大振幅レンジ（＝前回の選択レンジ）を採用する。違う場合（ＮＯ）は、第２判定（Ｓ２２）の処理に進む。例えば、図３（ａ）に示すように、レンジ１−７のうち、上位振幅値（１）〜（５）がそれぞれレンジ３，５，７，２，１の順に得られたとする。このとき、前回選択されたレンジが「３」だった場合、最大振幅値（１）であるレンジ「３」を選択レンジとして採用する。

上記第２判定（Ｓ２２）は、振幅値が最大値から上位Ｎ番目までを順番に探索し、その中に前回の選択レンジとの差が許容値Ａ以下のレンジがある場合（ＹＥＳ）は、その中で一番近いレンジを採用する。上位Ｎ番目までの中に許容値Ａ以下のレンジがない場合（ＮＯ）は第３判定（Ｓ２３）の処理に進む。例えば、図３（ｂ）に示すように、レンジ１−７のうち、上位振幅値（１）〜（５）がそれぞれレンジ３，５，７，２，１の順に得られたとする。このとき、前回選択されたレンジが「７」だった場合、最大振幅値（１）のレンジ「３」ではなく、上記５番目までのレンジの中で前回の選択レンジ「７」との差が２以下のレンジ「５」を採用する。

上記第３判定（Ｓ２３）は、振幅値が最大値から上位Ｎ番目までを順番に探索し、その中に前回の選択レンジとの差が許容値Ａ以下のレンジがない場合に、前回の選択レンジに一番近いレンジを採用する。例えば、図３（ｃ）に示すように、レンジ１−７のうち、上位振幅値（１）〜（５）がそれぞれレンジ３，２，４，７，１の順に得られたとする。このとき、前回選択されたレンジが「７」だった場合、レンジ差許容値２以下のレンジがないため、前回の選択レンジに一番近いレンジ「４」を採用する。

以上のように、本実施形態によれば、レンジの選択を振幅値の大きさだけでなく、前回選択したレンジとの近さを考慮しているので、画像精度と画像安定性のトレードオフが可能となり、より質の高い動画が生成可能となる。これにより、レベルの近い点が複数存在する場合でも、安定した画像が得られ、視認性を良好に維持することができる。

なお、本発明は上記実施形態をそのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１１…レンジ補正部、１２…位相補正部、１２１…レンジ選択部、１２２…選択レンジ位相補正部、１２１１…パルス積分処理部、１２１２…レンジ選択処理部、１２１３…前回選択レンジ情報格納部、１３…パルス軸ＦＦＴ処理部。

Claims

ＩＳＡＲ（Inverse Synthetic Aperture Radar：逆合成開口レーダ）のレーダ信号を受信してレンジ軸−パルス軸の直交２軸に置き換えられたＩＱデータを入力してレンジ軸方向の補正を施すレンジ補正手段と、
前記レンジ軸方向に補正されたＩＱデータを入力してパルス軸方向の補正を施す位相補正手段と、
前記レンジ軸方向、パルス軸方向の補正を受けたＩＱデータを周波数領域の信号に変換して目標画像を取得する領域変換手段と
を具備し、
前記位相補正手段は、前記レンジ軸方向の補正を受けたＩＱデータを取り込んでパルス軸方向にノンコヒーレント積分し、前回選択されたレンジとの比較によってレンジ差許容範囲で振幅の高いレンジを選択し、選択レンジによる位相補正を施す画像レーダ装置。
前記位相補正手段は、
前記ノンコヒーレント積分した結果の振幅値が最大値から上位Ｎ（Ｎは２以上の整数）番目までを順番に探索し、前回の選択レンジと今回の最大振幅レンジが同じ場合に最大振幅レンジを採用する第１判定手段と、
前記第１判定手段で採用されず、前記上位Ｎ番目までの探索結果の中に前回の選択レンジとの差が許容値以下のレンジがある場合に、その中で一番近いレンジを採用する第２判定手段と、
前記第２判定手段で採用されず、前記上位Ｎ番目までの中に前記許容値以下のレンジがない場合に前回の選択レンジに一番近いレンジを採用する第３判定手段とを備える請求項１記載の画像レーダ装置。
ＩＳＡＲ（Inverse Synthetic Aperture Radar：逆合成開口レーダ）のレーダ信号を受信してレンジ軸−パルス軸の直交２軸に置き換えられたＩＱデータを入力してレンジ軸方向の補正を施し、
前記レンジ軸方向の補正を受けたＩＱデータを取り込んでパルス軸方向にノンコヒーレント積分し、前回選択されたレンジとの比較によってレンジ差許容範囲で振幅の高いレンジを選択し、選択レンジによる位相補正を施し、
前記レンジ軸方向、パルス軸方向の補正を受けたＩＱデータを周波数領域の信号に変換して目標画像を取得する画像レーダ装置のレーダ信号処理方法。