JP2023525938A - 摂動合成開口レーダーのグラフベースのアレイ信号ノイズ除去 - Google Patents

摂動合成開口レーダーのグラフベースのアレイ信号ノイズ除去 Download PDF

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Abstract

対象領域（ＲＯＩ）からレーダー画像を生成するためのレーダー画像処理装置が提供される。レーダー画像処理装置は、移動レーダープラットフォームの経路に沿う異なる位置で送信されたレーダーパルスとＲＯＩから反射されたレーダーエコーとを受信し、範囲圧縮部、グラフモデリング生成部、信号整列部、レーダー撮像生成部および合焦画像生成部を含むコンピュータ実行可能プログラムを格納する。レーダー画像処理装置は、送信されたレーダーパルスの逆畳み込みによってレーダーエコーに対する範囲圧縮を実行しレーダー測定を実行することによって周波数ドメイン信号を取得し、移動レーダープラットフォームの連続位置と、周波数ドメイン信号を用いて計算されたグラフシフト行列とによって表されるグラフモデルを生成し、グラフモデルで表されるグラフベースの最適化問題を解くことによって繰り返し周波数ドメイン信号のノイズを除去し周波数ドメイン信号を整列させることにより、ノイズが除去されたデータおよび時間シフトを取得する。近似された時間シフトは、移動レーダープラットフォームの位置摂動に起因して生じた位相誤整列を補償し、ノイズが除去されたデータおよび推定された時間シフトに基づいてレーダー撮像を実行することにより、合焦レーダー画像を生成する。

Description

本発明は、レーダーシステムに関し、より具体的にはノイズが多いレーダー測定値から対象領域のレーダー画像を生成するための移動レーダーシステムに関する。
自動車用レーダーの市場は、近年成長し続けており、今後数年間で目覚ましく成長すると予想される。光学システムと比較すると、自動車用レーダーには全天候型動作という利点がある。しかしながら、その角度分解能は光学システムよりも遥かに低い。高い角度分解能を得るには、従来のレーダーの開口サイズを大きくする必要がある。大きな仮想的開口を形成する分散型合成開口レーダーシステムは、そのような相反性を解決するために可能な解決策であるが、分散配置されたセンサユニットの位置の誤差およびタイミングの誤差が検知性能を低下させる。
そのため、自動車に搭載され分散配置されたセンサユニットによって収集されたノイズが多い信号を、位置の誤差およびタイミングの誤差の新たな補償技術に基づいて処理する方法を、開発する必要がある。
本開示は、自動車に配置された合成開口レーダーシステムを用いて対象領域からレーダー画像を生成するためのシステムおよび方法に関する。本開示のいくつかの実施形態は、自動車に配置された合成開口レーダーの分散配置されたセンサユニットからの信号を、位置の誤差およびタイミングの誤差の補償技術を用いて処理する方法を提供する。
本開示のいくつかの実施形態は、合成開口レーダーの性能の低下が、その移動プラットフォームに未知の位置誤差による摂動が生じたときまたは受信信号が強いランダムノイズの干渉を受けたときに生じると理解する。したがって、たとえ大きな位置摂動が生じていても、ノイズが多いレーダーエコーでロバストな撮像を実行することが望ましい。本開示のいくつかの実施形態は、摂動が生じている移動レーダープラットフォームによって受信されたノイズが多いアレイ信号を処理するために、ロバストな摂動推定と組み合わされた、グラフに基づくノイズ除去方法を提案する。シミュレーション結果が、我々の方法はアレイ信号のＳＮＲおよび撮像性能を著しく改善することを示している。
合成開口レーダーの性能の低下は、その移動プラットフォームに未知の位置誤差による摂動が生じたときまたは受信信号が強いノイズの干渉を受けたときに生じる。したがって、たとえ大きな位置摂動が生じていても、ノイズが多いレーダーエコーでロバストな撮像を実行することが望ましい。
本開示の少なくとも１つの認識では、分散配置されたセンサユニットの位置の誤差およびタイミングの誤差が改善された場合に、分散型レーダーシステムは技術的課題を克服するための有利な解決策になり得ると理解する。
本開示のいくつかの実施形態に従い、グラフベースのノイズ除去方法を提供することができる。この方法は、摂動が生じた移動レーダープラットフォームによって受信されたノイズが多いアレイ信号を処理するために、ロバストな摂動推定と組み合わせることを含む。シミュレーション結果が、我々の方法はアレイ信号のＳＮＲおよび撮像性能を著しく改善することを示している。
本開示のいくつかの実施形態は、分散型レーダーシステムを使用するレーダーの角度分解能を、分散配置されたセンサユニットの位置の誤差およびタイミングの誤差を補償することによって改善できることについて、解決策を提供することができる。
本開示のいくつかの実施形態に従い、対象領域（ＲＯＩ：region of interest）からレーダー画像を生成するためのレーダーシステムを提供することができる。レーダーシステムは、移動レーダープラットフォームの経路に沿う異なる位置でレーダーパルスをＲＯＩに送信しＲＯＩから反射されたレーダーエコーを受信するように構成されたインターフェイスを含み得る。少なくとも１つのアンテナを用いてレーダーパルスをＲＯＩに放出するために移動プラットフォームに少なくとも１つのアンテナが配置される。レーダーシステムはさらに、範囲圧縮部、グラフモデリング生成部、信号整列部、レーダー撮像生成部および合焦画像生成部を含むコンピュータ実行可能プログラムを格納するように構成されたメモリと、プロセッサとを備え、プロセッサは、メモリに関連して、送信されたレーダーパルスの逆畳み込みによってレーダーエコーに対する範囲圧縮を実行しレーダー測定を実行することによって周波数ドメイン信号Ｙ（ｉ，ｋ）を取得し、移動レーダープラットフォームの連続位置と、周波数ドメイン信号Ｙ（ｉ，ｋ）を用いて計算されたグラフシフト行列Ａとによって表されるグラフモデルを生成し、グラフモデルで表されるグラフベースの最適化問題を解くことによって繰り返し周波数ドメイン信号Ｙ（ｉ，ｋ）のノイズを除去し周波数ドメイン信号を整列させることにより、ノイズが除去されたデータＸ（ｉ，ｋ）および時間シフトｔｉを取得し、ノイズが除去されたデータＸ（ｉ，ｋ）および時間シフトｔｉに基づいてレーダー撮像を実行することにより合焦レーダー画像を生成するように、構成される。
さらに、本開示の別の実施形態は、対象領域（ＲＯＩ）からレーダー画像を生成するためのレーダー画像処理装置を提供することができる。レーダー画像処理装置は、送信されたレーダーパルスと、移動レーダープラットフォームの経路に沿う異なる位置で送信されたレーダーパルスに応答してＲＯＩから反射されたレーダーエコーとを受信するように構成されたネットワークインターフェイスコントローラ（ＮＩＣ：network interface controller）と、範囲圧縮部、グラフモデリング生成部、信号整列部、レーダー撮像生成部および合焦画像生成部を含むコンピュータ実行可能プログラムを格納するように構成されたメモリと、プロセッサとを備え、プロセッサは、メモリに関連して、送信されたレーダーパルスの逆畳み込みによってレーダーエコーに対する範囲圧縮を実行しレーダー測定を実行することによって周波数ドメイン信号Ｙ（ｉ，ｋ）を取得し、移動レーダープラットフォームの連続位置と、周波数ドメイン信号Ｙ（ｉ，ｋ）を用いて計算されたグラフシフト行列Ａとによって表されるグラフモデルを生成し、グラフモデルで表されるグラフベースの最適化問題を解くことによって繰り返し周波数ドメイン信号Ｙ（ｉ，ｋ）のノイズを除去し周波数ドメイン信号を整列させることにより、ノイズが除去されたデータＸ（ｉ，ｋ）および時間シフトｔｉを取得するように、構成され、時間シフトは、移動レーダープラットフォームの位置の位相誤整列を補償するように構成され、プロセッサはさらに、ノイズが除去されたデータＸ（ｉ，ｋ）および推定された時間シフトｔｉに基づいてレーダー撮像を実行することにより合焦レーダー画像を生成するように、構成される。
本発明の一層の理解のために含まれる添付の図面は、本発明の実施形態を示し、本明細書とともに、本発明の原理を説明する役割を果たす。
アンテナの合成開口の概念を示す概略図である。 本開示の実施形態に係る、レーダーデータ収集のためのシミュレーション設定を示す図である。 本開示の実施形態に係る、実際の摂動レーダー位置および推定位置を示す図である。 本開示の実施形態に係る、レーダー撮像を実行するための手順を示す図である。 本開示の実施形態に係る、ノイズが多い誤整列時間ドメインレーダー信号と、ノイズが除去された誤整列時間ドメインレーダー信号と、ノイズが除去された整列時間ドメインレーダー信号とをそれぞれ示す図である。 本開示の実施形態に係る、ノイズが多い誤整列時間ドメインレーダー信号と、ノイズが除去された誤整列時間ドメインレーダー信号と、ノイズが除去された整列時間ドメインレーダー信号とをそれぞれ示す図である。 本開示の実施形態に係る、ノイズが多い誤整列時間ドメインレーダー信号と、ノイズが除去された誤整列時間ドメインレーダー信号と、ノイズが除去された整列時間ドメインレーダー信号とをそれぞれ示す図である。 本開示の実施形態に係る、対象領域と、提案される方法のレーダー撮像結果と、コヒーレンス分析のレーダー撮像結果とをそれぞれ示す図である。 本開示の実施形態に係る、対象領域と、提案される方法のレーダー撮像結果と、コヒーレンス分析のレーダー撮像結果とをそれぞれ示す図である。 本開示の実施形態に係る、対象領域と、提案される方法のレーダー撮像結果と、コヒーレンス分析のレーダー撮像結果とをそれぞれ示す図である。 本開示の実施形態に係る、対象領域（ＲＯＩ）からレーダー画像を生成するためのレーダーシステム１００を示す概略図である。
以下、本発明の各種実施形態について図面を参照しながら説明する。図面は一定の縮尺で描かれている訳ではなく図面の全体おいて同様の構造または機能の要素は同様の参照番号で示されることに注意されたい。また、図面は本発明の特定の実施形態を説明し易くすることを意図しているだけであることにも注意されたい。これらは、発明を網羅するように説明することを意図している訳でも発明の範囲を限定することを意図している訳でもない。加えて、本発明の特定の実施形態との関連で説明される局面は、その実施形態に必ずしも限定されるものではなく、本発明のその他いずれの実施形態においても実施され得るものである。
図１Ａは、アンテナの合成開口の概念を示す概略図である。この図面は、アンテナの合成開口が、自動車が道路上で前進しているときの側方のシーンにおける物体を検出するように構成されているケースの一例を示す。しかしながら、この構成は側方のシーンに限定される訳ではない。例として、このアンテナの合成開口は、自動車の進行側に向けられた角度のシーンを検出するように配置することができる。場合によっては、自動車に設けられたアンテナの合成開口を移動レーダープラットフォームと呼ぶことができる。
図２は、本開示の実施形態に係る、レーダー撮像を実行するためのレーダー撮像方法２００を示す。この場合、方法２００は、図５のプロセッサ（または複数のプロセッサ）１２０によって実行されるデータプロセスステップ１３１、１３２、１３３、１３４および１３５であってもよい。データプロセスステップ１３１、１３２、１３３、１３４および１３５は、図５のストレージ１３０に格納されたコンピュータ実行可能プログラム１３１、１３２、１３３、１３４および１３５であってもよく、プログラム１３１、１３２、１３３、１３４および１３５は、データプロセスステップのためにプロセッサ１２０によって実行される。
データプロセス１３１は、移動レーダープラットフォームを使用して周期的に一連のレーダーパルスｐ（ｔ）を対象領域（ＲＯＩ）に送信しＲＯＩから反射されたレーダーエコーｚ（ｒｉ，ｔ）を受信することにより、実行することができる。この場合、各パルスおよびその対応するエコーはともに、摂動レーダープラットフォーム位置の情報を含む。
Figure 2023525938000002
Figure 2023525938000003
データプロセス１３４は、グラフベースの方法を使用して繰り返し信号Ｙ（ｉ，ｋ）からノイズを除去し、位置摂動に起因する時間シフトｔｉを求めることによって信号を整列させることができる。
ノイズ除去のために、データプロセス１３４は、グラフモデルに基づいて平滑性およびスパース性を信号に課す。式（５～７）を参照されたい。時間シフトｔｉについて、データプロセスは、時間シフト行列を形成し、次に式（８～１０）を用いてｔｉを解く。
さらに、データプロセス１３５は、ノイズが除去されたデータＸ（ｉ，ｋ）および推定された時間シフトｔｉを用いてレーダー撮像を実行することにより、合焦レーダー画像を生成することができる。
合成開口レーダーは、移動プラットフォームを使用することにより、大きな仮想開口を形成し、結果として高い撮像分解能を実現する。しかしながら、実際、合成開口レーダーの性能は、移動レーダープラットフォームの位置摂動と、プラットフォームが受信するレーダーエコーに対する干渉とが原因で、劣化する。位置摂動レベルおよびノイズレベルが比較的低い場合は、受信信号のデータコヒーレンスを分析することにより、摂動に起因する位相誤差を訂正するかまたは最終レーダー画像にスパース性を課すことにより、オートフォーカスされた撮像を実現することができる。摂動およびノイズレベルが増大すると、これは、データコヒーレンス分析の非凸性が原因で、一層難しくなる。撮像方法は、未知の位置誤差に対する貪欲な検索が原因で時間がかかるものになる、または焦点外れが原因で実行が不確実になる可能性がある。
グラフ信号処理（ＧＳＰ：graph signal processing）は、長年にわたり、画像および信号処理分野における活発な研究のトピックである。ＧＳＰは、基本的に、グラフによって規定された、基礎となる特定のデータ構造を利用することで、信号または画像の品質を高める。近年、ＧＳＰは、合成開口レーダーに適用されて、最終レーダー画像を、ノードがレーダー画像の画素でありエッジが画素間の相関関係であるグラフとして、モデル化することにより、撮像性能を改善している。その結果、ノイズの減少によりレーダー画像の品質が高められる。しかしながら、この画像に基づいたＧＳＰは、根本的に、レーダー位置の誤差によって生じる焦点外れの問題を解決できない。処理された画像はノイズが減少して明瞭であるが、そのブレた撮像品質はさらなる検出の目的にはまだ十分ではない。そのため、大きな位置摂動が生じていても、ノイズが多いレーダーエコーでロバストな撮像を実行することが望ましい。
本開示の少なくとも１つの目的は、ノイズが多いレーダーエコーを使用して、摂動が生じた合成開口レーダーの撮像性能を改善しようとすることである。そのため、ロバストな摂動推定と組み合わせたグラフベースのアレイ信号ノイズ除去方法を提案する。合成開口レーダーシステムを、グラフとして扱い、各々が、グラフのノードとして位置を送信および受信し、対応するレーダー信号を、各ノードに関連付けられる時系列のものとして扱う。アレイ信号のノイズを除去するために、グラフベースの目的関数を定式化し、これは、グラフドメインにおける平滑性と時間ドメインにおけるスパースな勾配との双方を正則化する。我々が提案する方法と以前のＧＳＰベースの方法との主な相違点は、我々は、画像ドメインの代わりにレーダー信号ドメインにおいてグラフモデルを構築するので、信号のノイズ除去と位置摂動推定とを一括して行うことができ、合焦撮像結果を提供する点である。予備実験結果が、この二重の促進はロバストな分解方法と組み合わせてノイズ除去性能を大幅に改善することによって位置摂動を推定することを、示している。
アレイデータ収集
Figure 2023525938000004
Figure 2023525938000005
レーダーターゲット検出という用途において、レーダー測定値は、周波数ドメインにおける遅い遷移および時間ドメインにおけるスパースな勾配という、異なる特性を有することに、注意されたい。物理的なメカニズムは次の通りである。ターゲットの散乱強度およびアンテナビームパターンの双方が空間ドメイン内で徐々に変化するので、ＲＯＩの散乱した電磁界も空間ドメイン内で平滑になる。ＲＯＩ内に位置するいくつかの分離したターゲットが存在する場合、各ターゲットはレーダー励起に対してレスポンスまたはシグネチャを生成することになる。そのため、各位置におけるレーダー測定値の時間ドメイン勾配はスパースであり、スパースレベルはターゲットの総数に関連する。
グラフベースのノイズ除去
Figure 2023525938000006
Figure 2023525938000007
Figure 2023525938000008
最適化問題（４）を解くために、ノイズが除去された信号Ｘと、位置摂動に起因する時間シフトｔｉとを、交互に更新する。
Figure 2023525938000009
Figure 2023525938000010
シミュレーション結果の例
シミュレーション設定が図１Ｂに示され、ここでは黒点を理想的な移動レーダー位置を示すために使用し、ｘ印を摂動レーダー位置を示すために使用する。さらに、図１Ｃは実際の摂動レーダー位置と推定位置との比較を示す。
微分ガウスパルスを用いて、点線の矩形で示される対象領域（ＲＯＩ）を照射することにより、ＲＯＩ内の４つの黒点で表されるターゲットを検出する。受信信号を、（２）を用い、ホワイトガウスノイズを追加してシミュレートする。図３Ａは、シミュレートされたノイズが多い信号を示し、そのピーク信号対雑音比（ＰＳＮＲ：peak-signal-to-noise-ratio）は１０ｄＢである。
我々のグラフベースのノイズ除去方法では、λ＝１０ＰＳＮＲ／２０＋１（ＰＳＮＲは、ｄＢで表される我々が推定したデータピーク信号対雑音比）、β＝０．１５ｍａｘ｜ｘ（ｔ）｜、およびγ＝０．０５×１０－９を選択する。図３Ｂに、我々が提案する方法を使用してノイズが除去されたグラフ信号を示し、この図から、ターゲットからのレーダーエコーが、ノイズが多いものと比べて非常に明確であることがわかる。さらなる定量分析が、ＰＳＮＲは１０ｄＢから２０．２ｄＢに改善されていることを示す。時間の補償により、ノイズが除去された信号は、図３Ｃに示されるように十分に整列した。対応する位置摂動も推定し、図１Ｃに示されるコヒーレンス分析により推定されたものと比較する。我々が提案する方法を用いて推定した位置が、実際の摂動位置と非常に良く一致することがわかる。しかしながら、コヒーレンス分析に基づいた位置推定は大きな誤差を示す。その理由は、データコヒーレンスに基づいた摂動推定はノイズが多いデータが原因で安定していないことにある。ノイズが除去されたレーダー信号を用いてレーダー撮像を実行した結果が図４Ｂに示される。比較のために、コヒーレンス分析に基づいた撮像結果が図４Ｃに示される。我々の方法がコヒーレンスに基づいた方法よりも大幅に改善されていることがわかる。我々の方法を、ターゲット位置が異なりかつ摂動レーダー位置が異なる他のシナリオで調べたところ、すべて一貫して優れた結果であった。
本開示のいくつかの実施形態は、摂動が生じた合成開口レーダーによって収集されたアレイ信号のノイズを除去するためにグラフベースのアルゴリズムを実行する方法を提供することができる。この方法は、二重正則化に基づいた最適化を使用することにより、レーダー信号のノイズ除去とレーダー摂動の推定とを一括して実行する。シミュレーション結果が、この方法はＰＳＮＲが１０ｄＢ未満であるノイズが多い測定値に対して撮像性能を大幅に改善することを示す。
図５は、本開示の実施形態に係る、対象領域からレーダー画像を生成するためのレーダーシステム５００を示す概略図である。レーダーシステム５００は、車両に搭載/配置することができる。車両は、トラック等の自動車、オートバイなどであってもよい。レーダーシステム５００を、このレーダーシステムが自動車に配置される場合は、移動レーダープラットフォームと呼ぶことができる。
レーダーシステム５００は、レーダー測定値（レーダー測定データ）１９５Ｂをレーダー測定装置（図示せず）からネットワーク１９０を介して受信するように構成されたネットワークインターフェイスコントローラ（インターフェイス）１５０を含み得る。レーダー測定値１９５Ｂは、ＲＯＩから反射されたエコーを含む、対象領域（ＲＯＩ）における物体を示す信号である。この場合、各パルスおよび各エコーは、摂動レーダープラットフォーム位置の情報を含む。
さらに、レーダーシステム５００は、レーダー撮像方法２００において使用されるコンピュータ実行可能プログラムをストレージ１３０に格納するためのメモリ１４０を含み得る。コンピュータ実行可能プログラム／アルゴリズムは、レーダー信号処理プログラム１３１、グラフモデル構成プログラム１３３、範囲圧縮プログラム１３２、グラフベースのノイズ除去プログラム１３４、画像構成プログラム１３５であってもよく、プロセッサ１２０（または２つ以上のプロセッサ）は、ストレージ１３０にアクセスしてコンピュータ実行可能プログラムをロードするメモリ１４０に関連してコンピュータ実行可能プログラムを実行するように構成される。さらに、プロセッサ１２０は、レーダー測定装置からネットワーク１９０を介してシーンのレーダー測定値（データ）１９５を受け上記レーダー撮像方法２００を実行するように構成される。レーダーシステム５００はさらに、ヒューマンマシンインターフェイス（ＨＭＩ：human machine interface）１１０、送信機／受信機インターフェイス１６０および出力インターフェイス１７０を含み得る。ＨＭＩ１１０は、レーダー撮像プロセスを開始または停止させるオペレータからの命令コマンドを受けるためのキーボード、ポインティングデバイス／媒体１１２などに接続することができる。送信機／受信機インターフェイス１６０は、送信機１６１と受信機１６２とアンテナ１６３とを含むアンテナユニット１８０に接続することができる。レーダーシステム５００は、プロセッサ１２０によって生成された、再構成された画像１７５を出力インターフェイス１７０を介して表示装置（図示せず）に送信することができる。いくつかの実施形態において、ＮＩＣは、ＨＭＩ１１０と送信機／受信機インターフェイス１６０と出力１７０とを一体化されたインターフェイスとして含むように構成されてもよい。
本開示の別の実施形態に従い、対象領域（ＲＯＩ）からレーダー画像を生成するためのレーダー画像処理装置１００を提供することができる。レーダー画像処理装置１００は、ネットワークインターフェイスコントローラ（ＮＩＣ）１５０と、メモリ１４０と、プロセッサ１２０とを含めることによって構成することができ、ネットワークインターフェイスコントローラ（ＮＩＣ）１５０は、送信されたレーダーパルスと、移動レーダープラットフォームの経路に沿う異なる位置で送信されたレーダーパルスに応答してＲＯＩから反射されたレーダーエコーとを受信するように構成され、メモリ１４０は、範囲圧縮部１３２、グラフモデリング生成部１３３、信号整列部、レーダー撮像生成部および合焦画像生成部を含むコンピュータ実行可能プログラム（レーダー撮像方法２００）を格納するように構成され、プロセッサ１２０はメモリ１４０に関連する。プロセッサ１２０は、送信されたレーダーパルスの逆畳み込みによってレーダーエコーに対する範囲圧縮を実行しレーダー測定を実行することによって周波数ドメイン信号Ｙ（ｉ，ｋ）を取得するように構成され、移動レーダープラットフォームの連続位置と、周波数ドメイン信号Ｙ（ｉ，ｋ）を用いて計算されたグラフシフト行列Ａとによって表されるグラフモデルを生成するように構成され、グラフモデルで表されるグラフベースの最適化問題を解くことによって繰り返し周波数ドメイン信号Ｙ（ｉ，ｋ）を整列させ周波数ドメイン信号のノイズを除去することにより、ノイズが除去されたデータＸ（ｉ，ｋ）および時間シフトｔｉを取得するように構成され、近似された時間シフトｔｉは、移動レーダープラットフォームの位置摂動に起因して生じた位相誤差を補償し、さらに、ノイズが除去されたデータＸ（ｉ，ｋ）および推定された時間シフトｔｉに基づいてレーダー撮像を実行することにより、合焦レーダー画像を生成するように、構成される。レーダー画像処理装置１００は、受信したシーンのレーダー測定値（データ）１９５Ｂからレーダー画像を再構成するように、ＮＩＣ１５０を介してシーンのレーダー測定値（データ）１９５Ｂを受信することにより、レーダー画像を再構成することができる。
さらに、レーダーシステム５００は、移動レーダープラットフォームの進行側に向けて配置された少なくとも１つのアンテナを含んでいてもよく、この少なくとも１つのアンテナは、生成された合焦レーダー画像をインターフェイスを介して表示装置に送信してもよい。
場合によっては、グラフベースの最適化問題は、周波数ドメインにおけるＸ（ｉ，ｋ）の平滑性と、時間ドメインにおけるｘ（ｔ）のスパース性とを課す。さらに、時間シフトは、時間シフト行列をスパース行列と低ランク行列とに分解することによって交差検証されてもよい。また、時間シフトは、移動レーダープラットフォームの位置摂動によって生じた位相誤差を補償するように構成される。
場合によっては、レーダー画像処理装置１００が、レーダー画像を再構成するために必要な情報を含むレーダー測定値を受信することによってレーダー再構成画像を計算し出力することができるスタンドアロンデバイスであってもよい。プロセッサ１２０は、ネットワーク１９０と関連があるＮＩＣ１５０を介してレーダー測定値を受信することができる。
レーダー測定値１９５Ｂは、ＲＯＩ内の物体を示すパルス信号とＲＯＩから反射されたエコーとを含む。この場合、パルス信号の各々およびエコーの各々は、レーダーシステムの摂動位置の情報を含む。
いくつかの実施形態において、シーンのレーダー測定値からノイズを除去するための方法を提供することができる。この方法は、移動レーダープラットフォームの連続位置と、周波数ドメイン信号Ｙ（ｉ，ｋ）を用いて計算されたグラフシフト行列Ａとによって表されるグラフモデルを生成するステップと、グラフモデルで表されるグラフベースの最適化問題を解くことによって繰り返し周波数ドメイン信号Ｙ（ｉ，ｋ）のノイズを除去し周波数ドメイン信号を整列させることにより、ノイズが除去されたデータＸ（ｉ，ｋ）および時間シフトｔｉを取得するステップとを含み、時間シフトは、移動レーダープラットフォームの位置の位相誤整列を補償するように構成される。場合によっては、この方法は、この方法のステップをプロセスに実行させるコンピュータ実行可能プログラムであってもよく、コンピュータ実行可能プログラムは、少なくとも１つのメモリにまたはストレージデバイスに格納することができる。
本発明の上記実施形態は、非常に多くのやり方のうちのいずれかのやり方で実現することができる。たとえば、上記実施形態は、ハードウェア、ソフトウェアまたはその組み合わせを用いて実現してもよい。ソフトウェアで実現される場合、ソフトウェアコードは、単一のコンピュータに設けられていても複数のコンピュータに分散配置されていてもよい、任意の好適なプロセッサまたはプロセッサの集合体上で実行することができる。そのようなプロセッサは、１つ以上のプロセッサが集積回路構成要素にある集積回路として実現されてもよい。とはいえ、プロセッサは、回路を用いて任意の適切なフォーマットで実現されてもよい。
また、本発明の実施形態は、方法として実施されてもよく、その一例が提供されている。この方法の一部として実行される動作の順序は任意の適切なやり方で決定されてもよい。したがって、実施形態は、示されている順序と異なる順序で動作が実行されるように構成されてもよく、これは、いくつかの動作を、例示された実施形態では一連の動作として示されるが、同時に実行することを含み得る。
請求項における、請求項の要素を修飾するための「第１」、「第２」等の順序を表す用語の使用は、それ自体で、ある請求項要素の別の請求項要素に対する何らかの優先度、優先順位、もしくは順序を意味する訳でも、方法の動作が実行される時間的順序を意味する訳でもなく、これらの用語は、特定の名称を有するある請求項要素を同一名称（順序を表す用語の使用を除く）を有する別の要素から区別するためのラベルとして使用されてこれらの請求項要素を区別しているに過ぎない。
本発明を好ましい実施形態の例を用いて説明してきたが、本発明の精神および範囲の中でその他の各種適合化および修正を実施できることが理解されるはずである。
したがって、以下の請求項の目的は、本発明の真の精神と範囲に含まれるそのような変形および修正形のすべてをカバーすることである。
アンテナの合成開口の概念を示す概略図である。 本開示の実施形態に係る、レーダーデータ収集のためのシミュレーション設定を示す図である。 本開示の実施形態に係る、実際の摂動レーダー位置および推定位置を示す図である。 本開示の実施形態に係る、レーダー撮像を実行するための手順を示す図である。 本開示の実施形態に係る、ノイズが多い誤整列時間ドメインレーダー信号を示す図である。 本開示の実施形態に係る、ノイズが除去された誤整列時間ドメインレーダー信号を示す図である。 本開示の実施形態に係る、ノイズが除去された整列時間ドメインレーダー信号を示す図である。 本開示の実施形態に係る、対象領域を示す図である。 本開示の実施形態に係る、提案される方法のレーダー撮像結果を示す図である。 本開示の実施形態に係る、コヒーレンス分析のレーダー撮像結果を示す図である。 本開示の実施形態に係る、対象領域（ＲＯＩ）からレーダー画像を生成するためのレーダーシステム１００を示す概略図である。 実施形態の説明
いくつかの実施形態において、シーンのレーダー測定値からノイズを除去するための方法を提供することができる。この方法は、移動レーダープラットフォームの連続位置と、周波数ドメイン信号Ｙ（ｉ，ｋ）を用いて計算されたグラフシフト行列Ａとによって表されるグラフモデルを生成するステップと、グラフモデルで表されるグラフベースの最適化問題を解くことによって繰り返し周波数ドメイン信号Ｙ（ｉ，ｋ）のノイズを除去し周波数ドメイン信号を整列させることにより、ノイズが除去されたデータＸ（ｉ，ｋ）および時間シフトｔｉを取得するステップとを含み、時間シフトは、移動レーダープラットフォームの位置の位相誤整列を補償するように構成される。場合によっては、この方法は、この方法のステップをプロセッサに実行させるコンピュータ実行可能プログラムであってもよく、コンピュータ実行可能プログラムは、少なくとも１つのメモリにまたはストレージデバイスに格納することができる。

Claims (20)

  1. 対象領域（ＲＯＩ）からレーダー画像を生成するためのレーダーシステムであって、前記レーダーシステムは、
    移動レーダープラットフォームの経路に沿う異なる位置でレーダーパルスを前記ＲＯＩに送信し前記ＲＯＩから反射されたレーダーエコーを受信するように構成されたインターフェイスを備え、少なくとも１つのアンテナを用いてレーダーパルスを前記ＲＯＩに放出するために前記移動プラットフォームに前記少なくとも１つのアンテナが配置され、前記レーダーシステムはさらに、
    範囲圧縮部、グラフモデリング生成部、信号整列部、レーダー撮像生成部および合焦画像生成部を含むコンピュータ実行可能プログラムを格納するように構成されたメモリと、
    プロセッサとを備え、前記プロセッサは、前記メモリに関連して、
    前記送信されたレーダーパルスの逆畳み込みによって前記レーダーエコーに対する範囲圧縮を実行しレーダー測定を実行することによって周波数ドメイン信号Ｙ（ｉ，ｋ）を取得し、
    前記移動レーダープラットフォームの連続位置と、前記周波数ドメイン信号Ｙ（ｉ，ｋ）を用いて計算されたグラフシフト行列Ａとによって表されるグラフモデルを生成し、
    前記グラフモデルで表されるグラフベースの最適化問題を解くことによって繰り返し前記周波数ドメイン信号Ｙ（ｉ，ｋ）のノイズを除去し前記周波数ドメイン信号を整列させることにより、ノイズが除去されたデータＸ（ｉ，ｋ）および時間シフトｔｉを取得し、
    前記ノイズが除去されたデータＸ（ｉ，ｋ）および前記時間シフトｔｉに基づいてレーダー撮像を実行することにより合焦レーダー画像を生成するように、構成される、レーダーシステム。
  2. 前記レーダーエコーは、前記移動レーダープラットフォームに対する位置摂動を含む、請求項１に記載のレーダーシステム。
  3. 前記プロセッサは前記レーダー測定値を受信するように構成され、前記レーダー測定値は、前記ＲＯＩ内の物体を示すパルス信号と、前記ＲＯＩから反射されたエコーとを含む、請求項１に記載のレーダーシステム。
  4. 前記パルス信号の各々および前記エコーの各々は、前記レーダーシステムの摂動位置の情報を含む、請求項３に記載のレーダーシステム。
  5. 前記少なくとも１つのアンテナは、前記移動レーダープラットフォームの進行側に向けて配置される、請求項１に記載のレーダーシステム。
  6. 前記少なくとも１つのアンテナは、前記生成された合焦レーダー画像を前記インターフェイスを介して表示装置に送信する、請求項１に記載のレーダーシステム。
  7. 前記グラフベースの最適化問題は、前記周波数ドメインにおけるＸ（ｉ，ｋ）の平滑性と、前記時間ドメインにおけるｘ（ｔ）のスパース性とを課す、請求項１に記載のレーダーシステム。
  8. 前記時間シフトは、時間シフト行列をスパース行列と低ランク行列とに分解することによって交差検証される、請求項１に記載のレーダーシステム。
  9. 前記スパース行列は時間シフトの関数である、請求項８に記載のレーダーシステム。
  10. 前記時間シフトは、前記移動レーダープラットフォームの位置摂動によって生じた位相誤差を補償するように構成される、請求項１に記載のレーダーシステム。
  11. 対象領域（ＲＯＩ）からレーダー画像を生成するためのレーダー画像処理装置であって、前記レーダー画像処理装置は、
    送信されたレーダーパルスと、移動レーダープラットフォームの経路に沿う異なる位置で送信された前記レーダーパルスに応答して前記ＲＯＩから反射されたレーダーエコーとを受信するように構成されたネットワークインターフェイスコントローラ（ＮＩＣ）と、
    範囲圧縮部、グラフモデリング生成部、信号整列部、レーダー撮像生成部および合焦画像生成部を含むコンピュータ実行可能プログラムを格納するように構成されたメモリと、
    プロセッサとを備え、前記プロセッサは、前記メモリに関連して、
    前記送信されたレーダーパルスの逆畳み込みによって前記レーダーエコーに対する範囲圧縮を実行しレーダー測定を実行することによって周波数ドメイン信号Ｙ（ｉ，ｋ）を取得し、
    前記移動レーダープラットフォームの連続位置と、前記周波数ドメイン信号Ｙ（ｉ，ｋ）を用いて計算されたグラフシフト行列Ａとによって表されるグラフモデルを生成し、
    前記グラフモデルで表されるグラフベースの最適化問題を解くことによって繰り返し前記周波数ドメイン信号Ｙ（ｉ，ｋ）のノイズを除去し前記周波数ドメイン信号を整列させることにより、ノイズが除去されたデータＸ（ｉ，ｋ）および時間シフトｔｉを取得するように、構成され、前記時間シフトは、前記移動レーダープラットフォームの位置の位相誤整列を補償するように構成され、前記プロセッサはさらに、
    前記ノイズが除去されたデータＸ（ｉ，ｋ）および前記推定された時間シフトｔｉに基づいてレーダー撮像を実行することにより合焦レーダー画像を生成するように、構成される、レーダー画像処理装置。
  12. 前記移動レーダープラットフォームは、少なくとも１つのアンテナを用いてレーダーパルスを前記ＲＯＩに放出する、請求項１１に記載のレーダー画像処理装置。
  13. 前記レーダー撮像装置は、前記移動レーダープラットフォームの進行側に向けて配置される、請求項１２に記載のレーダー画像処理装置。
  14. 前記レーダー撮像装置は、前記生成された合焦レーダー画像を前記ＮＩＣを介して表示装置に送信する、請求項１１に記載のレーダー画像処理装置。
  15. 前記レーダーエコーは、前記移動レーダープラットフォームに対する位置摂動を含む、請求項１１に記載のレーダー画像処理装置。
  16. 時間ドメイン信号ｙ（ｒｉ，ｔ）が周波数ドメイン信号Ｙ（ｉ，ｋ）の代わりに使用される、請求項１１に記載のレーダー画像処理装置。
  17. 前記グラフベースの最適化問題は、前記周波数ドメインにおけるＸ（ｉ，ｋ）の平滑性と、前記時間ドメインにおけるｘ（ｔ）のスパース性とを課す、請求項１１に記載のレーダー画像処理装置。
  18. 前記時間シフトは、時間シフト行列をスパース行列と低ランク行列とに分解することによって交差検証される、請求項１１に記載のレーダー画像処理装置。
  19. 前記時間シフトは、前記移動レーダープラットフォームの位置摂動によって生じた位相誤差を補償するように構成される、請求項１１に記載のレーダー画像処理装置。
  20. シーンのレーダー測定値からノイズを除去するための方法であって、前記方法は、
    移動レーダープラットフォームの連続位置と、周波数ドメイン信号Ｙ（ｉ，ｋ）を用いて計算されたグラフシフト行列Ａとによって表されるグラフモデルを生成するステップと、
    前記グラフモデルで表されるグラフベースの最適化問題を解くことによって繰り返し前記周波数ドメイン信号Ｙ（ｉ，ｋ）のノイズを除去し前記周波数ドメイン信号を整列させることにより、ノイズが除去されたデータＸ（ｉ，ｋ）および時間シフトｔｉを取得するステップとを含み、前記時間シフトは、前記移動レーダープラットフォームの位置の位相誤整列を補償するように構成される、方法。
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