JP3003701B2 - 合成開口レーダ用信号処理装置 - Google Patents

合成開口レーダ用信号処理装置

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JP3003701B2
JP3003701B2 JP62506284A JP50628487A JP3003701B2 JP 3003701 B2 JP3003701 B2 JP 3003701B2 JP 62506284 A JP62506284 A JP 62506284A JP 50628487 A JP50628487 A JP 50628487A JP 3003701 B2 JP3003701 B2 JP 3003701B2
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スミス、アンドリュー・マイケル
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/89—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S13/90—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging using synthetic aperture techniques, e.g. synthetic aperture radar [SAR] techniques
    • G01S13/9004—SAR image acquisition techniques
    • G01S13/9011—SAR image acquisition techniques with frequency domain processing of the SAR signals in azimuth

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、合成開口レーダ装置用に信号処理部を含ん
だ在宇宙センサーまたは機上センサーに必要なデータを
処理するための処理パラメータ発生器を含み構成した合
成開口レーダー用信号処理システムに関する。
〔発明の背景〕：機上側視レーダーとして知られている
技術によりマイクロ波照射を利用して地球表面の画像を
作成可能であることは多年にわたりしられている。この
用途には近年、機上搭載レーダーよりも宇宙衛星搭載レ
ーダーが多く利用される。
機上側視レーダーの構成の概略を記載した文献とし
て、「サイエンティフィック・アメリカン（Scientific
American）」、1977年、機上側視レーダー（Side−loo
king airborne radar）、ジェンセン他（Jensene et
ａ ｌ）、著、および「遠隔探査および画像解釈（Remo
te Sensing and Image interpretation）、1979年ウイ
リー（Wiley）出版、ライルサンド、カイファー（Lille
sand and Keifer）共著が挙げられる。レーダー送信
器を搭載した運搬手段、例えば航空機は調査対象の地表
面上空を飛行する。この運搬手段からマイクロ波が放射
され、地表で反射された放射エネルギーが同じ運搬手段
によって受信される。運搬手段に関しては２つの方向が
規定さる。即ち、運搬手段の移動する方向がアジアス方
向として、また運搬手段の移動方向と直角方向がレンジ
方向として規定されている。
上記文献は、機上側視レーダーの作用をマイロ波放射
パルスの放射によって説明しており、レンジ方向の分解
能（地表上の２つの隣接する特徴を分解する能力）はパ
ルス長に依存することが示されている。一般に、比較的
長いパルス幅を有する周波数掃引パルスをパルス相関系
と一緒に送信することで短いパルスを用いるのと略同等
を効果が得られる。アジマス方向の分解能については運
搬手段から放射されたビームの幅に依存する。
合成開口レーダーの技術を用いてアジマス方向の分解
能を引き上げられることは周知である。当初は、この分
解能の引上げは光学的技術用いて行なわれていた。しか
しながら、現在ではこの光学技術に換えてデジタル信号
処理を用いることが可能である。
合成開口レーダーでは、レーダーアンテナを搭載した
航空機または人工衛星等の運搬手段は測量対象となる表
面の上空を移動する。大形のアンテナを用いる代わり
に、合成開口が形成される。調査対象の表面をレーダー
ビームで照射して運搬手段を移動することにより、照射
区域が写し出される。運搬手段は軌道に沿って移動する
際、一連のレーダーパルス、とりわけ周波数掃引レーダ
ーパルスを放射し、各パルスからのレーダーエコーを受
信する。軌道に沿う一定時間をエコーを一定の時間間隔
で記録する（サンプリング）ことにより、これらのエコ
ー群を処理することによりアジマス方向の分解能を高め
ることができる。即ち、各サンプリング時間におけるレ
ーダーエコーの振輻が記録でされる。各パルスを放射し
た後に受信されるエコーは運搬手段から徐々に遠ざかる
対象物から反射されたものである。サンプリングした振
幅は行列を形成するものと考えられる。この行列の横の
列（ロー）は照射された観測表面のアジマス方向の情報
を表わし、縦の列（カラム）はレンジ方向の観測表面情
報を表わしている。一定の対象物に関する原サンプリン
グ情報は行列のセルに分散されているため、レンジ方向
およびアジマス方向のデータを圧縮して任意の対象物に
関するデータを最終形成画像を表示する一つの画素に凝
縮することが必要となる。
この目的にデジタル信号処理技術を用いた合成開口レ
ーダーは多数の資料に開示されている。例えば、英国特
許第1540950号には、高速フーリエ変換信号処理装置を
用いた合成開口システムが開示されている。同特許明細
書において、合成開口レーダーが斜視モードあるいは側
視モードで利用可能であるとの説明があり、レンジフォ
ーカス時およびアジマスフォーカス時のレーダーからの
データ品質を維持することが課題であると記載されてい
る。同じく英国特許第1540950号によると、上記課題は
運搬手段の速度とパルス繰返し周波数に応動する運動補
正コンピュータを用いてレンジフォーカス時のデータ品
質を維持するとともに、レーダーのパルス繰返し周波数
を変化させてアジマスフォーカス時のデータ品質を維持
することによって達成されることが開示・提案されてい
る。
ヨーロッパ特許第83710号にも、デジタル信号処理を
利用した合成開口レーダーが開示されており、レンジ方
向およびアジマス方向の双方でデータの焦点を合わせる
必要性が記載されている。さらに、レンジ曲率処理の必
要性について言及されている。このレンジ曲率処理は運
搬手段と信号を反射する所定の地点間の距離の変化を補
正することによって遂行される。
上記の他、合成開口処理の用途、特性および作動速度
に関する多数の提案が文献に記載されている。しかしな
がら、高品質の処理が可能なものは２種類の処理装置、
即ち時間領域相関処理とレンジ・ドップラー周波数領域
処理に限定される。このうちで時間領域相関処理は原理
的には柔軟性があり、所望されるものと同程度の高品質
を画像を形成するものの、計算上の負担が大きいことが
基本的な欠点である。他方、周波数領域処理は計算効率
が良く、本願発明前のレンジ・ドップラー周波数領域処
理としては最高の品質を達成していた点で注目すべきも
のである。
後者のレンジ・ドップラー周波数領域処理は一般に次
の工程を包含する。
１）パルス圧縮；パルス内のパルスエコーと伝送信号の
レプリカを相関させ、適当な相関技術または周波数領域
技術により遂行する。
２）圧縮パルスデータのオーバーラップ処理ブロック列
の形成；ブロックのサイズおよびオーパーラップはアン
テナによる地表点の最大有効照射時間および処理条件に
よって求める。
３）一定レンジサンプルでの各処理ブロックのパルス間
高速フーリエ変換；この変換によりデータのパルス繰返
し周波数の多義のレンジ・ドップラー表現を発生させ
る。
４）レンジ・ドップラー処理ブロックの曲線に沿う新規
データ列の選択による修正レンジ・ドップラー処理ブロ
ックの形成（レンジ変動補正）；レーダに照射された地
点のレンジ・周波数の記録に対応するデータ相関の軌
跡。
５）ドップラー周波数の変化率の逆数から基本的に導か
れる振幅重み付位相関数と各横列の逆高速フーリエ変換
による修正レンジ・ドップラーブロックのデータ列の乗
算； ６）連続出力データブロックからの画像照合； 上記２）項から５）項に記載した一連の処理工程は従
来より「アジマス圧縮」処理と称されている。
斜視衛星センサーの場合、これまでは一つの処理ブロ
ック内においてレンジおよび時間的な位置に関する処理
関数が非固定であり、このことに起因して上記レンジ・
ドップラー処理には問題が伴う。さらに、レンジ・ドッ
プラー変動軌跡および共役位相関数を正確に特定するこ
とが困難との問題点もある。
明確に定められた制約条件の範囲内で特定のセンサー
からのデータを上記技術によって処理する場合であれば
ある程度の成果を達成できる。しかしながら、この処理
は所定の装置を特別に調整する必要があるとともに、
（時間領域処理装置に比較して）かなりの精度低下を招
く、さらに本願発明前のこの技術では、レーダーシステ
ムのパラメータを組合せた際に、適度な品質を維持して
の分解処理ができない場合がある。
〔本発明の課題〕従って、レーダーシステムパラメータ
のあらゆる組合せに対して高品質の処理を行うように拡
張可能な統合化したレンジ・ドップラー処理を提供する
ことが有益である。さらに、理想に近い画質を提供する
処理装置を設計できることが有用である。本発明はこの
目的に資するため創案された。
本発明では、画像化及び図画化すべき遠隔表面を近領
域・中領域及び遠領域の３つの定幅部に区分して移動照
射するように走査される有軸ビームを用いるレーダと、
これに適合した受信アンテナと共に運搬手段上に備えら
れる合成開口レーダ用信号処理装置を、下記の各部を含
む構成とする。
（イ）公知の運搬手段の運動およびアンテナ配置形状に
基づき信号処理装置用の時刻の関数として短周期で連続
的に更新されるフィルターパラメータを演算するために
処理ブロックを含み構成された処理パラメータ発生器
と； （ロ）レンジ圧縮手段であって、 （１）パルスエコーを高速フーリエ変換するパルス高速
フーリエ変換手段と、 （２）パルス相関演算を遂行するパルスレプリカ乗算手
段と、 （３）二次元変動補正を行うスキント補正乗算手段と、 （４）乗算・補正済みのスペクトル状データを逆高速フ
ーリエ変換する逆高速フーリエ変換手段と、を有するレ
ンジ圧縮手段と； （ハ）アジマス圧縮手段であって、 （１）一部で重なり合うレンジ圧縮したデータのブロッ
クから一定レンジで選択したデータ列を高速フーリエ変
換する高速フーリエ手段と、 （２）レンジ多項式関数求置器および合成指数関数発生
器を含むアジマスレプリカ求置手段と、 （３）多数の横列変換を有する記憶バンクを有するアジ
メススペクトルバッファ手段と、 （４）緯度と経度を計算する手段と、 （５）選択したデータと上記位相多項式関数求置器によ
り計算した合成データを乗算するアジマスレプリカ乗算
手段と、 （６）処理済みデータ列を逆変換する逆高速フーリエ手
段と、を有するアジマス圧縮手段と； （ニ）画像ブロックの幾何学的不連続性および位相的不
連続性を除去するとともに画像再現する画像リサンプリ
ング・バッファ手段を具備した画像形成手段。
上記のように構成した本発明の信号処理装置によれば
合成開口データを高品質で処理することができる。この
信号処理装置に運搬手段およびデータを供給するアンテ
ナシステムの特性に依存する特徴を粗合せることによ
り、さらに高品質のデータ処理が達成される。このため
には、アジマス圧縮手段に精密曲率変動補正手段を付設
することが好ましい。この精密曲率変動補正手段はパラ
メータ発生器により計算された値により選択されレンジ
面で作動する非固定補正フィルターを有する、簡単な合
成相関器からなる。
なお、上記の精密曲率変動補正手段は周波数５ギガヘ
ルツ、積分時間0.5秒で作動し、あまり大きくないアン
テナスキントを有する人工衛星からのデータを処理する
場合等であれば不要であって、周波数1.25ギガヘルツ、
積分時間２秒で作動し、小さいアンテナスキントを有す
る人工衛星からのデータを処理する際等には特に有用で
ある。
本発明に係る信号処理装置を設計する上で基礎となる
問題点に対処対する手順は以下の通りである。
（Ｉ）システム変換関数の二次元変換を検討する。
（II）システム変換関数の非固定（変動）が調節される
ように上記二次元変換を因数分解する。
（III）システム変換関数の因数分解の元を公知の相対
運動によって画像の全地点で求められるレンジ多項式関
数の係数として計算する。
を有する最近接点の時間に対する或る時間Tcにおけるレ
ンジおよびレンジ時間導関数ｃ、ｃ、 等を有する地点のシステム変換関数の二次元変換はビデ
オ周波数ｆとドップラー周波数Ｆの関数として以下に示
す二次元位相スクリーンで近似される。
θ（f,F）を中心ビデオ周波数f0に関するテイラー級
数として展開して因数分解すると、 となる。
余剰項を示す関数ｇ（f,F）を中心ドップラー周波数
ｃと中心ビデオ周波数f0について展開すると、 となる。
ここで、 であり、スキント乗算手段の一次変換補正置が与えられ
る。
また、 はレンジ・ドップラー選択曲線を表し、アジマス圧縮手
段のデータ変換過程に利用される。
さらに、θ（f0,F）はアジマスレプリカ乗算手段に用
いられるアジマス位置レプリカを示す。
以上の各手順を経て処理ブロックの縁部で計算された
これらのパラメータと、実稼働時にアジアス圧縮の際に
実際に付与されたパラメーターを比較することによっ
て、画像形成手段で用いられるリサンプリング位相調整
パラメーターがリアルタイムに提供される。
精密曲率変動補正手段（設けられていた場合に限る）
および画像形成手段に用いられる残差非固定相関は関数
εによって決定され、レンジ、レンジ・ドップラー空
間、沿軌道および画像空間にそれぞれ用いられる。
レンジ補正の間に予備補正を利用することによって残
差補正の必要性は大幅に軽減される。即ち、与えられた
二次元周波数領域変換関数とローカルレンジ多項式関数
係数に基づき付与された二次元周波数領域変換関数の差
によって求められる簡単な予め図表化したフィルター関
数で相関させることによりさらに補正することができ
る。
以下では、本発明を図面を参照して説明する。
第１図は、信号処理装置の概略構成を示すブロック
図； 第２図は、信号処理装置のレンジ圧縮手段の詳細構成
を示すブロック図； 第３図は、アジマス圧縮手段の詳細構成を示すブロッ
ク図；及び第４図は、本発明による信号処理装置のブロ
ック図である。
信号処理装置は、基本的にはレンジ、ドップラー処理
原理に基づき作動するものでこの点も説明してあるが、
加えて多数の新規な特徴や原理を含んでいる。
第１図は、たとえば人工衛星によって形成されたデー
タを受信する前置処理装置の基本的構造を示す全体概略
構成のブロック図であって、高度800km、作動周波数５
ギガヘルツ、スキント30キロヘルツ以下のレーダー搭載
人工衛星に適した信号処理装置を示している。図示の装
置において、精密曲率変動補正手段は省略されている。
レンジレプリカ乗算手段とスキント乗算手段はレンジ周
波数領域レプリカを前乗算することにより一次変動補正
と組合されている。本発明は適当な汎用アーキテクチャ
ーにより作成されるソフトウェアあるいは専用高速処理
装置からなるハードウェアとして具体化することができ
る。
前置処理装置２は、信号処理装置の後続部分で用いる
為のパラメータの図表を作成しかつ記憶する後述の処理
パラメータ発生器を含む。前置処理装置２からのデータ
は、レンジ圧縮手段３、アジアス圧縮手段４及び最終的
なレーダー画像を形成する画像形成手段５へ送信され
る。レンジ圧縮手段３は第２図に詳細構成を示す様にパ
ルス高速フーリエ変換手段６と、パルス乗算手段７と、
スキント補正乗算手段８及び逆高速フーリエ変換器９と
を含む。
第３図は、アジアス圧縮手段をより詳細に示したもの
である。このアジマス圧縮手段は、横列高速フーリエ手
段10とアジアスレプリカ求値手段11と、アジマススペク
トルバッファ手段12と、データ選択手段13と、アジマス
レプリカ乗算手段14及び逆高速フーリエ乗算手段15とを
有している。
第４図は、前置処理装置と画像形成手段を詳細に示す
ものである。
画像形成手段５は、歪除去手段18及びブロック併合手
段19を有する。
更に各部を詳述する。
本発明による信号処理装置の前記パラメータ発生器
は、 （１）処理ブロックの開始パルス、中心パルスおよび最
終パルスに略対応する時間で地球表面の近接域、遠隔域
および中央域におけるビームセンタに略位置する地点の
緯度と経度を計算する手段と； （２）上記各地点の最接近地点との時間的ずれ及び最近
接地点に於ける最小レンジを計算する手段と； （３）所定の時間に対するレンジドップラー周波数及び
レンジの連続導関数を求値する手段と； （４）計算したパラメータを最少レンジの関数として二
次方程式に当てはめる手段と； （５）各出力レンジ画素のパラメータを発生する手段で
あって所定の最小レンジ値を用いて二次関数を展開する
事によりレンジ多項式関数係数を求める手段と； （６）ブロック形状と移相補正因子を計算する手段と； （７）ブロック照合パラメータを計算する手段と、によ
り構成される。
前置処理装置２はまた、入力処理手段16を含み、この
入力処理手段が、人工衛星から受信したレーダーパルス
をレンジ圧縮手段に移送する前に従来の前置処理を行な
う。処理パラメータ発生器は、レーダーパルスを発生す
る人工衛星の軌道に関する情報及び処理装置のオペレー
ターが入力した追加の情報並びにレーダーパルスの入力
処理からの情報を受信する。この処理パラメータ発生器
は、レンジ圧縮、アジマス圧縮及び画像形成手段に必要
なパラメータを発生して記憶する。
上記構成の重要な要素は、一連の一次元ベクトル演算
を遂行する信号処理を可能ならしめるデータテーブルを
発生する処理パラメータ発生器である。以下では、この
処理パラメータ発生器の動作及び該発生器により形成さ
れるデータテーブルの詳細内容と、信号処理装置全体の
動作についてデータテーブルに関連づけて説明する。
「パラメータ発生器」 パラメータ発生器の一次入力は、画像処理対象表面に
対するプラットホームの相対運動及びアンテナの指向角
度及び姿勢に関する情報である。このようなデータは、
プラットホームベクトルとベクトル時間導関数のサンプ
リングした値、プラットホームの縦揺れ（ピッチ）、横
揺れ（ロール）及び偏揺れ（ヨー）のサンプリング値、
及びプラットホーム座標系に対する照準面の姿勢を示す
システムパラメータとして与えても良い。
パラメータ発生器に対する別種の一次入力としては、
データ開示時間、データサンプリング間隔、レーダパラ
メータ、形成する画像の寸法、使用する処理ブロックの
寸法及び画像処理する地表上の地点に於ける最大照射時
間に関する情報等が含まれ動作に利用される。上記パラ
メータ発生器の動作を以下に説明する。
（Ｉ）ベクトル位置、ベクトル速度、ベクトル加速度及
びプラットホームの姿勢がいかなる時点に於いても求め
られるようにスプラインをプラットホーム及びそのアン
テナのサンプリングした相対運動と指向角度に適合させ
る。スプライン適合処理は、当業者周知である。
（II）Tn＝Tn−１＋（N_AZFFT−N_AZREP）/PRF によって各処理ブロックの中心時間を求める。ここで、
N_AZFFTは処理ブロックのパルス寸法であり、PRFはシス
テムパルス繰返し周波数であり。N_AZREPは上記PRFを乗
じた最大照射時間である。T1は最初のパルスにN_AZFFT
＊PRF/2によって与えられ、PRF＊Tn±N_AZFFT/2を加算
することにより、各処理ブロックの開始及び最終パルス
インデックスが求められる。
（III）各処理ブロックについて、時間Tn及びTn±（N_A
ZFFT−N_AZREP）/2PRFに於いて照射域の最接近側、遠隔
地側及び中心に於ける画像処理の対象となる地点の座標
をビームセンターで計算する。このような地点の座標計
算は、三角法及びベクトル解析に於ける通常の処理内容
であって当業者には周知である。
（IV）上記の各時間Tn及びTn±（N_AZFFT−N_AZREP）/2
PRFにおける上記各地点について、プラットホームから
各地点までの距離（レンジ）ΔＲ及びその距離の時間導
関数を以下の式で求める。
ここで、Ｒ、等は、プラットホーム相対ベクトル時
間導関数である。次に、上記の各時間Tn及びTn±（N_AZ
FFT−N_AZREP）/2PRFにおける上記各地点について、人
工衛星に最も接近した時点からの時間的ずれΔＴ、及び
最接近時の対応する傾斜レンジΔRcpaを（ΔＲ（Ｔ）・
（Ｔ））を数値的に最小化する当業者周知の手順によ
り計算する。さらに によって外挿を切り捨てた傾斜レンジ多項式関数が最接
近時にΔＲ（Ｔ）＝０となるスカラレンジの４次導関数
の近似値を計算し； さらに式 により、 上記各時間における各地点について、中心ドップラー周
波数を計算する。
（Ｖ）各処理ブロックについて、各時間におけるΔＲ、
Δ、 Fc及びΔＴの２次式適合係数を最小傾斜レンジΔRcpaの
関数として求める。
（VI）各処理ブロックについて、各時間における必要な
各出力最小レンジ画素（ピクセル）位置を、ΔＲ、Δ
、Δ、 Fc及びΔＴを上記２次式適合係数を展開することによっ
て求める。
（VII）各出力最小レンジ画素位置について、傾斜レン
ジの係数及び位相ドップラー周波数多項式の係数を式、 Ｒ（Ｆ）＝Ｒ（１）＋Ｒ（２）・（Ｆ−F3S）＋Ｒ（３）（Ｆ−F3S）２ ＋Ｒ（４）（Ｆ−F3S）３ θ（Ｆ）＝θ（１）＋θ（２）・（Ｆ−F3S）＋θ（３）（Ｆ−F3S）２ ＋θ（４）（Ｆ−F3S）３ により、処理ブロックF3Sの中心における中心周波数に
ついて展開することにより求める。ここで、上記係数Ｒ
（１）〜Ｒ（４）及びθ（１）〜θ（４）は、初めにロ
ーカル中心周波数Fcによって求められ、処理ブロックF
3Sに関して下記の式により再展開される。
Ｒ（１）＝Ｒ′（１）＋Ｒ′（２）・（F3S−Fc） ＋Ｒ′（３）（F3S−Fc）２＋Ｒ′（４）（F3S
−Fc）３ Ｒ（２）＝Ｒ′（２）＋2R′（３）・（F3S−Fc） ＋3R′（４）（F3S−Fc）２ Ｒ（３）＝Ｒ′（３）＋3R′（４）・（F3S−Fc） Ｒ（４）＝Ｒ′（４）；θ（１）〜θ（４）についても
同様である。ここで、Ｒ′（１）〜Ｒ′（４）は、以下
の式によりサンプルユニットで与えられる。
Ｒ′（１）＝（ΔＲ−最初のサンプルに対する傾斜レ
ンジ）／Δr, ここでΔｒは傾斜レンジユニットにおけるレンジサンプ
ル幅であり、 θ′（２）〜θ′（４）は以下の式により求められ
る。
θ′（２）＝ΔT, そして位相原点θ′（１）は、以下の式によって定め
られる、a,b,c及びｄによって求められる。
ΔＴ（ΔR0）＝ΔTmid＋ａ（ΔR0−ΔRmid）＋ｂ（ΔR0−ΔRmid）２ ΔFc（ΔR0）＝Fcmid＋ｃ（ΔR0−ΔRmid）＋ｄ（ΔR0−ΔRmid）２ よって、ΔR0に於けるθ′（１）は以下の通り求められ
る。
θ′（１）＝ΔTmid・ｃΔR0 ＋1/2（ac＋２ΔTmid・ｄ）・（ΔR0−ΔRmid）２ ＋1/3（bc＋2ad）・（ΔR0−ΔRmid）３ ＋1/2bd（ΔR0−ΔRmid） （VIII）各処理ブロック及び各ドップラー周波数カラム
（縦列）について所定周波数偏差で形成される出力サン
プルの数及び（Ｆ−ＦBS）及びその２乗、並びに３乗か
らなる周波数偏差ΔＦを示す一連の値を形成するパラメ
ータのテーブル（図表）を計算する。このテーブルは以
下の手順により計算される。まず、レンジ変動補正の間
に発生する各出力横列について、高ドップラー周波数と
低ドップラー周波数とを理論的に分割するカラム（ラッ
プアラウンド境界）をローカル中心ドップラー周波数か
ら計算する。次に、第１横列について、ラップアラウン
ド境界に対するカラムの相対位置により、各カラムにつ
いて、テーブルを初期化する。さらに、後続の横列各々
について、ラップアラウンド境界に於けるカラムシフト
の有無によりテーブルの内容を修正する。
（IX）各処理ブロックについて、周波数領域レンジ圧縮
レプリカに組み入れられる位相調節、すなわち、リニア
レンジ変動補正値を以下の式から計算し、図表化する。
ここで、Δｃ及びΔｃはΔ及びΔの代表的な
中心ブロック値を示す。
（Ｘ）各処理ブロックｎ及び各出力横列R0について下記
の式により、絶対画像開始画素インデックス及び終了画
素インデックスを計算し図表化する。
開始インデックスｎ（R0） ＝最終インデックスｎ−１（R0）＋１ 終了インデックスｎ（R0） ＝INT（PRF＊Tn＋（N_AZFFT−N_AZREP）/2＋PRF＊ΔTn（R0）） 終了インデックス０（R0） ＝INT（PRF＊T1＋（N_AZFFT−N_AZREP）/2＋PRF＊ΔT1（R0）） （XI）各処理ブロック及び各出力横列について残留ブロ
ック形状歪みを補正する形状拡張因子を下記の式により
計算する。
ここで、 Δ＝（θＲ（２）−θＬ（２）） ＋2.0×（θＲ（３）・（Fc−ＦBSR）−θＬ（３）・（Fc−ＦBSL）） ＋3.0×（θＲ（４）・（Fc−ＦBSR）２−θＬ（４）・（Fc−ＦBS
L）２）， ΔTCPA＝（N_AZFFT−N_AZREP）/RPF ＋ΔＴR（R0）−ΔＴL（R0）， ここで、添字Ｒ及びＬは処理ブロックの開始及び終了
時に求めた関数値に関する。次に各処理ブロック及び各
出力縦列について真理値を計算する。この真理値は下記
の式による処理ブロックを法とした分数値を示す開始サ
ンプルである。
開始サンプルｎ（R0） ＝（開始インデックスｎ（R0）＋（１−拡張因子ｎ（R0）） ・（終了インデックスｎ（R0）＋１ −開始インデックスｎ（R0））/2）mod−N_AZFFT 次に開始サンプルｎ（R0）、拡張因子ｎ（R0）及び
（終了インデックスｎ（R0）−開始インデックスｎ（R
0）＋１）を図表化する。
（XII）各処理ブロック及び各出力横列について、近似
中心周波数ＦcINT（R0）はPRF/N_AZFFTの倍数であり対
応するΔCOL（R0）と共に下記の式により求められる。
ΔCOL（R0）＝（Ｆcmod RPF）×N_AZFFT/PRF （XIII）各処理ブロック及び出力横列について、ヘテロ
ダイン周波数ＦHET（R0）及び位相偏差φ（R0）を下記
の式により計算し図表化する。
ここで、 Δθ（R0）＝（θＲ（１）−θＬ（１）） ＋（θＲ（２））・（Fc−ＦBSR）−θＬ（２）（Fc−ＦBSL）） ＋（θＲ（３）・（Fc−ＦBSR）２−θＬ（３）・（Fc−ＦBSL）） ＋（θＲ（４）・（Fc−ＦBSR）３−θＬ（４）・（Fc−ＦBS
L）３） ΔTCPA（R0）＝（N_AZFFT−N_AZREP−１）/PRF ＋ΔＴR（R0）−ΔＴL（R0） ＴCENTRE＝Tn（R0）＋N_AZFFT/2PRF （XIV）オペレータが特定したレンジ及びアジマス圧縮
重み付関数を図表化する。
「データテーブル」 各処理ブロック用に下記のテーブルが形成される。
フロック制御用テーブル （Ｉ）開始パルス （II）終了パルス （III）各出力画像横列の開始及び終了画素位置 レンジ圧縮用テーブル （Ｉ）周波数領域パルス標準×ｇ（ｆ）×ユーザーが特
定する重み付関数アジマス圧縮用テーブル （Ｉ）各出力画像横列について： Ｒ（１）、Ｒ（２）、Ｒ（３）、Ｒ（４）係数 θ（１）、θ（２）、θ（３）、θ（４）係数 （II）各ドップラー周波数カラム（N_AZFFT）及び各ラ
ップアラウンドについて： 発生する出力横列の数 ΔＦ、ΔF2、ΔF3、ここでΔＦはカラム周波数と中心
ブロック拡張周波数の差である。
（III）各出力画像横列について： ΔCOL ＦHET φ （IV）各出力画像横列について： 開始サンプル 拡張因子 出力サンプルの数 （Ｖ）ユーザーが特定するアジマス圧縮重み付関数 「レンジ圧縮」 このシステムは、パルスを入力し、高速フーリエ変換
を行ない、図表化した圧縮レプリカによってスペクトル
データを乗算し、逆高速フーリエ変換を行なったのち、
レンジ圧縮データを出力する。レンジ圧縮レプリカは適
切な処理ブロックによって選択されるが、更新速度は重
要ではない。この処理の詳細は当業者周知である。
「アジマス圧縮」 データはブロック開始パルスインデッックス及びブロ
ック終了パルスインデックスにより区隔された部分重合
ブロックで処理される。一定レンジに於ける高速フーリ
エ変換は各ブロックのそれぞれの横列について行なわれ
る。各周波数カラムについて、サンプリングコーム及び
位相共役関数を以下の式により発生する。各ラップアラ
ウンド及び各出力横列について： ＲINDX（R0）＝Ｒ（１）＋Ｒ（２）ΔＦ＋Ｒ（３）ΔF2＋Ｒ（４）ΔF3 θ（R0）＝２π（θ（１）＋θ（２）ΔＦ＋θ（３）ΔF2＋θ（４）ΔF3） 各カラムについてデータが補間され当業者周知の手順に
よりサンプリングコームＲINDX（R0）によって定めら
れ、exp−ｉθ（R0）を乗算する事により求められる新
しいカラムを発生する。
この修正したブロックのそれぞれの横列はΔCOLによ
って循環状態で論理的にシフトされ、ユーザーが特定し
たアジマス圧縮重み付関数によって乗算された後、逆高
速フーリエ交換が行なわれる。このようにして得た各横
列についてサンプリングコームＡINDX及び位相関数θは
次式により発生する。
ＡINDX（Ｎ）＝ （開始サンプル＋（Ｎ−１）×拡張因子）mod N_AZFFT ここでＮは１ないし出力サンプルの数に等しい整数であ
る。よって、 となる。
次に補正された横列は循環サンプリングコームＡINDX
により当業者周知の手順で補間され、この結果得られる
それぞれの画素をexp−ｉθ（Ｎ）で乗算する。
これにより、出力画像のブロックが出力されて記憶さ
れる。
「ブロック併合」 最終コヒレント画像が連続する画像データブロックか
ら横列ことに組み合わされる。各横列は画像フレームに
於て最小開始画素位置より少なく、第１画像ブロックの
横列の開始画素位置だけずれている。
このようにして得たコヒレント画像は最小傾斜レンジ
と最近接時間の座標内に求められ、レンジ寸法について
は低辺帯域でかつＦHETテーブルによって与えられたド
ップラー周波数で存在する。
図面の簡単な説明 第１図は、信号処理装置の概略構成を示すブロック
図。
第２図は、信号処理装置中のレンジ圧縮手段の詳細構
成を示すブロック図。
第３図は、アジマス圧縮手段の詳細構成を示すブロッ
ク図。
第４図は、本発明による信号処理装置のブロック図で
ある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 スミス、アンドリュー・マイケル イギリス国、サリー、ケーティー２ ５ エイチエイチ、キングストン・アポン・ テームズ、セント・アルバンズ・ロード 60 (56)参考文献 米国特許4471357（ＵＳ，Ａ) 米国特許4183024（ＵＳ，Ａ) 1981 ＩＥＥＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉ ｏｎａｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ Ｃｉｖｃｕｉｔｓ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅ ｍｓ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ，27−29 Ａｐｒｉｌ 1981，Ｃｈｉｃｏｇｏ, Ｉｌｌｉｎｏｉｓ，Ｖｏｌｕｍｅ １ ｏｆ ３，ＩＥＥＥ，（Ｎｅｗ Ｙｏｒ ｋ，ＵＳ），Ｈ．Ｒ．Ａｎｄｅｒｓｏ ｎ：“Ｄｉｇｉｔａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓ ｉｎｇ ｏｆ ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ａ ｎｎａｙ ｒａｄａｒ ｄａｔａ”，ｐ ａｇｅｓ 71−73 松尾優，山根国義「レーダホログラフ ィ」（昭60−６−15）電子通信学会 Ｐ．44−51，Ｐ．155−162，図６．２ 古濱洋治，岡本謙一，増子治信「人工 衛星によるマイクロ波リモートセンシン グ」（昭61−３−20）電子通信学会

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】画像化及び地形化すべき遠隔表面を近領域
    ・中領域及び遠領域の３つの定幅部に区分して移動照射
    するように走査される有軸ビームを用いるレーダと、こ
    れに適合した受信アンテナとを備えた運搬手段上に備え
    られる合成開口レーダ用信号処理装置であって、 （イ）公知の運搬手段の運動およびアンテナ配置形状に
    基づき信号処理装置用の時刻の関数として短周期で連続
    的に更新されるフィルターパラメータを演算するために
    処理ブロックを含み構成された処理パラメータ発生器
    と； （ロ）レンジ圧縮手段であって、 （１）パルスエコーを高速フーリエ変換するパルス高速
    フーリエ変換手段と、 （２）パルス相関演算を遂行するパルスレプリカ乗算手
    段と、 （３）二次元変動補正を行うスキント補正乗算手段と、 （４）乗算・補正済みのスペクトル状データを逆高速フ
    ーリエ変換する逆高速フーリエ手段と、を有するレンジ
    圧縮手段と； （ハ）アジマス圧縮手段であって、 （１）一部で重なり合うレンジ圧縮したデータのブロッ
    クから一定レンジで選択したデータ列を高速フーリエ変
    換する高速フーリエ変換手段と、 （２）レンジ多項式関数求値器および合成指数関数発生
    器を含むアジマスレプリカ求値手段と、 （３）多数の横列変換を有する記憶バンクを有するアジ
    マススペクトルバッファ手段と、 （４）緯度と経度を計算する手段と、 （５）選択したデータと上記位相多項式関数求値器によ
    り計算した合成データを乗算するアジマスレプリカ乗算
    手段と、 （６）処理済みデータ列を逆変換する逆高速フーリエ手
    段と、を有するアジマス圧縮手段と； （ニ）画像ブロックの幾何学的不連続性および位相的不
    連続性を除去するとともに画像再現する画像リサンプリ
    ング・バッファ手段を具備した画像形成手段とを含み構
    成された合成開口レーダ用信号処理装置。
  2. 【請求項２】上記信号処理装置の処理パラメータ発生器
    が、 （１）各処理ブロックの開始パルス、中心パルスおよび
    最終パルスにそれぞれ略対応する各時刻での地球表面の
    近接域、遠隔域および中央域におけるビームセンタに略
    位置する地点の緯度と経度を計算する手段と； （２）上記各地点の最接近地点との時間的ずれ及び最近
    接地点に於ける最小レンジを計算する手段と： （３）所定の時刻に対するレンジドップラー周波数及び
    レンジの連続導関数を求値する手段と： （４）計算したパラメータを最少レンジの関数として二
    次方程式に当てはめる手段と； （５）複数の出力レンジ画素各々のパラメータを発生す
    る手段であって所定の最小レンジ値を用いて二次関数を
    展開する事により、レンジ多項式関数係数を求める手段
    と； （６）ブロック形状と移相補正因子を計算する手段と； （７）ブロック照合パラメータを計算する手段とを含み
    構成されたことを特徴とする請求項１に記載の合成開口
    レーダ用信号処理装置。
  3. 【請求項３】前記処理パラメータ発生器が、 画像を形成する為に処理される複数のデータブロック各
    々について複数のデータテーブルを発生して記憶する手
    段を備え、上記複数のデータテーブルとして、 複数の出力横列の各々に対する開始パルス、終了パルス
    及び開始並びに終了画像画素位置を記憶したブロック制
    御データテーブルと； 周波数領域パルス基準値と、 で示すｇ（ｆ）、およびユーザーが特定する重み付関数
    との積を記憶したレンジ圧縮データテーブルと；更に、 （Ｉ）処理ブロックの中心に於ける中心周波数について
    展開したドップラー周波数の傾斜レンジ多項式関数の係
    数と； （II）各ドップラー周波数カラムの各ラップアラウドに
    ついて発生する出力横列の数及びΔＦ、ΔF2、ΔF3（こ
    こでΔＦはカラム周波数とセンターブロック拡張周波数
    の絶対ドップラー周波数の差）と； （III）各出力レンジ列に対するカラム偏差、ヘテロダ
    イン周波数及び位相偏差と； （IV）各出力画像横列に関する開始サンプル拡張因子及
    び出力サンプルの数と； （Ｖ）ユーザーが特定するアジマス圧縮重み付関数とを
    各出力画像横列について記憶したアジマス圧縮データテ
    ーブルとが用意されることを特徴とする請求項１又は２
    に記載の合成開口レーダ用信号処理装置。
JP62506284A 1987-01-17 1988-01-15 合成開口レーダ用信号処理装置 Expired - Lifetime JP3003701B2 (ja)

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