JP3645133B2 - レーダ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、観測すべき移動する目標に対して電波を送信してその目標からの反射波を受信して目標の画像を得るためのレーダ装置に関し、特に、移動目標とレーダ装置との間の相対位置関係の変化に基づく反射信号の変化、及び、送信周波数の変化に基づく反射信号の変化を補償する補償回路を有するレーダ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種のレーダ装置は、一般に高分解能レーダ装置と呼ばれ、例えば、Donald R. Wehner,''High Resolution Radar'',Artech House, INC.1987,pp.273-339に記載されているＩＳＡＲ(Inverse Synthetic Aperture Radar)、及び、特開平１０−２６８０４１号公報に記載のものがある。
【０００３】
図１２は、上記公報に示された従来のレーダ装置を示すブロック構成図である。図において、５０１は送信機、５０２は送受切換器、５０３は送受信アンテナ、５０４は受信機、５０５はレンジ圧縮手段、５０６はレンジ補償回路、５０７は位相補償回路、５０８はアジマス圧縮手段、５０９はモニタ・テレビ（以下、モニタＴＶと呼ぶ）である。
【０００４】
図１３は、図１２の従来のレーダ装置のブロック構成図におけるレンジ補償回路５０６の内部構成を記した構成図である。図において、５１０は振幅検出手段、５１１は二次元ＦＦＴ手段、５１２は画像線積分手段、５１３はこれらの構成要素５１０〜５１２からなる移動量推定回路、５１４はレンジ移動量算出手段、５１５はレンジ補償手段である。
【０００５】
図１４は、図１２の従来のレーダ装置のブロック構成図における位相補償回路５０７の内部構成を記した構成図である。図において、５１６は参照レンジセル選択回路、５１７は短時間フーリエ変換回路、５１８は位相補償量算出手段、５１９は位相補償手段である。なお、５１３は、上述した図１３の移動量推定回路と同一である。
【０００６】
また、図１５は、回転運動を行なう目標を観測するジオメトリである。図において、５５０は目標、５５１は図１２の従来のレーダ装置である。また、図１６は、図１５のジオメトリで観測した結果得られたＩＳＡＲ画像の一例である。図１６において、５５２は目標５５０のＩＳＡＲ画像である。
【０００７】
図１７は、並進運動を行なう目標を観測するジオメトリである。図において、５５０及び５５１は、図１５のそれと、それぞれ同一である。
【０００８】
次に、これらの図を用いて、上記従来のレーダ装置の動作原理について説明する。まず、ＩＳＡＲの画像再生の原理について説明する。図１５に示す通り、ｘ−ｙ平面の原点に設置されたレーダ装置５５１で、レンジｒ０の点ｏを通り紙面に垂直な軸を中心に角速度ωで反時計周りで回転する目標５５０を観測するジオメトリを考える。まず、図１２に示す構成のレーダ装置５５１において、送信機５０１では、時間とともに周波数が変化する信号（チャープ信号）に変調された高周波パルスを発生し、送受切換器５０２を介して送受信アンテナ５０３に供給する。送受信アンテナ５０３は、供給された高周波パルスを送信する。
【０００９】
送信した高周波パルスは目標５５０で反射され、この反射された信号（エコー）は、送受信アンテナ５０３に入り、送受切換器５０２を介して受信機５０４で復調される。受信機５０４で復調された信号は、送信信号の瞬時周波数に対しレーダ装置５５１と目標５５０の間の電波伝搬の往復に要する時間分遅延したものであるから、レンジ圧縮手段５０５において、送信信号ｓ（ｔ）を用いて受信信号ｒ（ｔ）にマッチドフィルターをかけること、すなわち、次式（１）に示すように、送信信号ｓ（ｔ）の共役信号ｓ*（ｔ）と受信信号ｒ（ｔ）とのコンボリューションを求めることにより、遅延に相当した時間にインパルスｖ（ｔ）（以下では、レンジプロフィールと呼ぶ。）を得ることができる。このことにより、レンジ分解能が向上する。
【００１０】
【数１】
【００１１】
レーダ装置５５１が送信を繰り返すごとに上記レンジ圧縮された信号が得られるから、レーダ装置５５１の送信ごと、即ち、ヒットごとにレンジ圧縮された信号をまとめることにより、レンジｒとヒットｈを軸とする二次元複素信号ｖ（ｈ、ｒ）（以下では、レンジヒストリと呼ぶ。）が得られる。尚、レンジｒと時間ｔの間には、ｒ＝（Δｒ／Δｔ）・ｔなる関係がある。ここで、Δｔはサンプリング間隔（＝１／Ｂ、Ｂは送信帯域）、Δｒはレンジ分解能（＝Ｃ／２Ｂ、Ｃは光速）である。
【００１２】
目標５５０が図１７に示すような運動、すなわち、並進運動を行なう場合には、レーダ装置５５１から目標５５０までの距離の変化の影響を補償することにより、並進運動を行なう目標５５０を、等価的に、図１５に示すような回転運動を行なう目標５５０とみなすことができる。この点については、後で述べる。
【００１３】
レーダ装置５５１と目標５５０の間の距離の変化を補償するレンジ補償回路５０６、及び、位相補償回路５０７の動作は後述することにし、以下では、目標５５０が図１５に示すような回転運動を行なうもの、もしくは、なんらかの方法で、レーダ装置５５１から目標５５０までの距離の変化の影響を補償されたものとして説明する。
【００１４】
アジマス圧縮手段５０８では、レンジヒストリｖ（ｈ、ｒ）を、式（２）に従って、各レンジごとに、ヒット方向にフーリエ変換することにより、レンジ及びアジマスの両方について圧縮された複素信号ｕ（ｃ、ｒ）を得る。ここに、ｃはアジマス方向を示す。
【００１５】
【数２】
【００１６】
上式（２）で、Ｈはヒット数、Ｒはレンジセル数である。この処理は、アジマス方向の分解能を改善する効果がある。以下、この原理を説明する。
【００１７】
図１５に示す運動を行なう目標５５０上のある部位（例えば点ａ）で反射した信号のドップラー周波数ｆｄは次の式で表される。
【００１８】
【数３】
【００１９】
ここに、λは送信波長、Ｌは反射を生じた部位の回転半径、θは観測の基準となるＬＯＳ（Ｌｉｎｅ Ｏｆ Ｓｉｇｈｔ、ｘ−ｙ平面の原点と、レンジｒ０の点ｏを結ぶ直線）を基準としたときの目標物５５０の（中心線との）角度を示している。
【００２０】
目標５５０が図１７に示すような並進運動を行なう場合には、上述の角度θはｔ＝ｔ０〜ｔ２に変わるにつれて変化することになる。このことから、レーダ装置５５１から目標５５０までの距離の変化の影響を補償すれば、並進運動を行なう目標５５０を、等価的に角度θが変化する回転運動を行なう目標５５０とみなすことができることがわかる。
【００２１】
また、上式（３）からわかるように、同じ角度θ上の点では、回転軸からの距離Ｌに比例して、目標５５０上のそれぞれの部位からの反射信号のドップラー周波数が変わるという特性を有する。
【００２２】
図１２に示したレンジ圧縮手段５０５とアジマス圧縮手段５０８により、レンジ及びアジマスの両方について分解能が向上した複素信号ｕ（ｃ、ｒ）は、その絶対値が目標のレーダ反射断面積に対応するから、モニタＴＶ５０９上のレンジｒ及びアジマスｃの二次元平面にｕ（ｃ、ｒ）の絶対値またはその二乗に応じた輝度で表示を行なうことにより、図１６に示すような、レンジとアジマスの両方について高分解能化された目標のＩＳＡＲ画像５５２を表示することができる。
【００２３】
ここで、図１６の画像５５２上で、例えば、ａ点は、目標５５０上で、レーダ装置５５１に近い位置にあるので、レンジが小さく、かつ、回転運動によりレーダ装置５５１から遠ざかる運動をしているので、ドップラー周波数が小さくなっている。
【００２４】
次に、上記説明で省略した、目標の並進運動の影響を補償する処理について説明する。観測時間内のｔ０，ｔ１，ｔ２という時間において、並進運動により、図１７のように位置が変化する目標５５０のＩＳＡＲ画像を生成する場合、各ヒットごとに得られたレンジヒストリｖ（ｈ，ｒ）をそのままヒット方向にフーリエ変換するだけでは、目標５５０上の各点（例えば点ａ）が観測時間中にレンジ方向に移動するため、レンジ及びアジマス方向にきちんと圧縮されず、結果として画像にぼけが生じてしまうのは、上式（２）において、各レンジごとにフーリエ変換を行なうというその処理内容より明らかである。
【００２５】
従って、ぼけのない鮮明な画像を得るためには、目標５５０上の各々の点を観測時間中、同一レンジセル内に固定するための補償処理を必要とする。この処理をレンジ補償処理と呼ぶ。
【００２６】
レンジ補償処理を行なうレンジ補償回路５０６（図１３）の処理内容について説明する。目標５５０が図１７に示す運動を行う場合について考える。ここで、電波の反射をする点は、図中ａ、ｂ、ｃの三点のみとし、このうち、ｂ点とｃ点は常に同じレンジセルにあるものとする。
【００２７】
レンジヒストリｖ（ｈ，ｒ）に対して、各ヒットｈごとに振幅最大レンジセルの検出を行った結果の例が図１８のグラフである。図１８中、太実線で示した部分が、各ヒットのレンジプロフィールで振幅が最大となるレンジセルを示しているものとする。ａ、ｂ、ｃは同一目標５５０上の点であり、実際は、図中の点線に示されるように、同じ変化率でレンジが変化しているはずであるが、見込み角の変化に従う各点のレーダ断面積の変化や、同一レンジセル内に複数の反射点が存在する場合の干渉などの影響で、観測時間中に各点の存在するレンジセルの振幅が変動するため、振幅最大レンジセルの位置の変化に不連続な部分が発生するため、振幅最大レンジセルの追尾から、全ヒットHでの目標のレンジ移動量Sｒを推定して、図１９に示すように各反射点のレンジ移動を補償するのは困難になる。
【００２８】
ここで、各反射点は同一の目標５５０上の点であることから、レンジヒストリ上の各反射点の軌跡のレンジの変化は近似的に等しく、かつ、目標の加速度が十分小さい場合、各軌跡は近似的に直線とみなせる。すなわち、レンジヒストリの上の各反射点の軌跡から、目標５５０のレンジ移動量を推定する問題は、図２０（ａ）に示すｘ−ｙ二次元画像ｇ（ｘ，ｙ）（ｘ＝０，１，…，Ｎｘ−１，ｙ＝０，１，…，Ｎｙ−１）上の同じ傾き（Ｓｙ／Ｎｘ）の複数の直線の傾き推定問題に帰着される。ここで、Ｎｘは、ｘ方向のセル数（画素数）であり、Ｎｙは、ｙ方向の画素数である。二次元平面上の傾きｇｒの任意の直線は、空間周波数平面上では、原点を通り、傾きが−１／ｇｒの直線に投影されることを考慮すると、ｇ（ｘ，ｙ）上のｙ方向の総移動量がＳｙの直線は、ｇ（ｘ，ｙ）空間周波数画像であるG（ｆｘ，ｆｙ）上では、図２０（ｂ）に示すように、原点を通り、ｆｘ方向の移動量Ｓｆｘが次式（４）で与えられる直線となる。
【００２９】
【数４】
【００３０】
ただし、空間周波数画像Ｇ（ｆｘ，ｆｙ）におけるｆｘ，ｆｙ方向の空間周波数の分解能が１／Ｎｘ，１／Ｎｙで与えられることを考慮している。図１３の移動量推定回路５１３では、入力してきたｘ−ｙ二次元画像の振幅分布を振幅検出手段５１０で算出し、この出力を二次元ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）手段５１１でフーリエ変換し、空間周波数画像Ｇ（ｆｘ，ｆｙ）を得る。よって、レンジヒストリを二次元平面とみなした場合の空間周波数平面上の原点を通り、ｆｘ方向の移動量が異なる複数の直線を仮定し、各直線に沿って線積分した場合、G（ｆｘ、ｆｙ）上の軌跡と積分経路が一致した時に、積分値が最大になることから、次に、画像線積分手段５１２で、空間周波数画像G（ｆｘ，ｆｙ）の線積分を行い、積分値を最大とするｆｘ方向移動量を用いて式（４）より画像ｆ（ｘ，ｙ）上の軌跡のｙ方向の総移動量Ｓｙを得る。移動量推定回路５１３では、この値を出力する。移動量推定回路５１３にレンジヒストリが入力された場合には、出力Ｓｙが、レンジヒストリ上の各軌跡の総レンジ移動量Ｓｒに対応する。レンジ移動量算出手段５１４では、各ヒットｈにおけるレンジ移動量ｓr（ｈ）を次式（５）で得る。
【００３１】
【数５】
【００３２】
レンジ補償手段５１５では、上式（５）で得られたレンジ移動量ｓｒ（ｈ）を打ち消すように、各ヒットｈにおけるレンジヒストリｖ（ｈ、ｒ）をレンジ方向に補償する。具体的には、レンジ移動量ｓｒ（ｈ）を整数に四捨五入して、その値を打ち消すようにレンジプロフィールをレンジセル単位で平行移動させる。なお、得られたレンジ補償後のレンジヒストリｖ２（ｈ、ｒ）とする。レンジ補償後のレンジヒストリｖ２（ｈ、ｒ）で、各ヒットごとに、レンジプロフィールの振幅が最大となるレンジセルを検出した結果は、図１９に示すようにそれぞれの点の反射信号が同一レンジセルに並ぶ。
【００３３】
上記レンジ補償処理により、観測時間中の各点のレンジセルを超えた距離変化については除去することができたが、レンジセル内の距離変化については除去できていない。一般に、目標が加速運動、旋回運動をする時は勿論の事、等速直線運動を行なう場合でも、進行方向がＬＯＳ軸に沿った方向で無い限り、その距離変化は、線形な成分に加えて、非線形な加速度成分も含む。このうちの加速度成分の影響で、各点よりの反射信号のドップラー周波数（アジマス）に広がりが生じるため、結果として生成した画像がアジマス方向にぼけてしまう。上記加速度成分の影響を除去するための補償処理が位相補償処理である。ここで、各反射点は同一目標に属することから、そのドップラー周波数の移動量は等しく、かつ、旋回中の目標５５０以外では、時間に関する一次の変化と近似的にみなすことができる。
【００３４】
以下では、この位相補償処理を行なう位相補償回路５０７（図１４）の処理内容について説明する。並進運動に伴う上記加速度成分は、すべてのレンジセルに対してほぼ等しく加わるため、ある一つのレンジセルに着目して、そのレンジセルに加わる加速度成分を推定し、その推定結果を用いて、すべてのレンジセルの位相補償を行なう。
【００３５】
参照レンジセル選択回路５１６では、レンジ補償後のレンジヒストリｖ２（ｈ，ｒ）の各レンジrにおける平均電力を算出し、その値を最大とするレンジセルを参照レンジセルとして、そのレンジセルの受信信号列ｗ（ｈ）を出力する。例えば、図１７のジオメトリの例では、点ｂ、ｃを含むレンジセルが参照レンジセルとして選択されたものとする。
【００３６】
次に、短時間フーリエ変換回路５１７では、次式（６）に従い、図２１に示した参照レンジセルの受信信号列ｗ（ｈ）５５３を長さΔｈで短時間フーリエ変換してドップラースペクトル（周波数スペクトル）のヒストリ（以下では、ドップラーヒストリと呼ぶ）ｆｓ（ｈ’，ｆ）５５４を求める。
【００３７】
【数６】
【００３８】
各ヒットごとの見込み角の変化に従うレーダ断面積の変化のため、振幅最大周波数の位置が変動すること、および、周波数の折り返しの影響で、その位置の変化に不連続な部分が発生して、最大反射点の追尾でドップラー移動量を推定するのは困難となるため、移動量推定回路５１３では、レンジ補償の場合と同様に、周波数ヒストリ５５４を二次元画像とみなして入力信号とし、ドップラー総移動量Ｓｆを得る。
【００３９】
位相補償量算出手段５１８では、次式（７）に従い、位相補償量ｐｈ（ｈ）を計算する。
【００４０】
【数７】
【００４１】
位相補償手段５１９では、位相補償量算出手段５１８で得られた位相補償量ｐｈ（ｈ）を用いて、式（８）により、レンジ補償後のレンジヒストリｖ２（ｈ，ｒ）の位相補償を行ない、最終的なレンジヒストリｖＬ（ｈ，ｒ）を得る。
【００４２】
【数８】
【００４３】
以上の処理を経る事により、図１７に示すような並進運動を行なう目標５５０に関して、目標５５０上の各点のレンジセルを超える移動、及び、位相の二次の変動を補償することができるため、並進運動を伴わず、回転運動のみを行なう目標５５０と同様に鮮明な高分解能画像が得られる。なお、図２２は、ドップラーヒストリの最大振幅検出結果の一例である。
【００４４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のレーダ装置においては、目標５５０の加速度が大きく、レンジヒストリ上の各反射点の軌跡が曲線で表される場合には、正しくレンジ補償を行えず、そのために、ＩＳＡＲ画像が結像しないという問題点があった。
【００４５】
また、目標５５０の加速度が大きい場合には、ドップラーヒストリ上の各反射点の軌跡の幅が広くなってしまい、これに伴う位相補償量推定誤差が発生し、ＩＳＡＲ画像が結像しないという問題点があった。
【００４６】
この発明は、かかる問題点を解決するためになされたもので、目標の加速度が大きくレンジヒストリ上の各反射点の軌跡が曲線で表される場合や、同じく、目標の加速度が大きく、ドップラーヒストリ上の各反射点の軌跡の幅が広くなった場合においても、レンジや位相の補償量を正しく推定し、ＩＳＡＲ画像を結像させることができるレーダ装置を得ることを目的としている。
【００４７】
【課題を解決するための手段】
この発明は、移動する目標に対して電波を送信し、目標からの反射波を受信して、目標の画像を得るレーダ装置であって、受信した反射波から得られる受信信号をレンジ圧縮してレンジヒストリを生成するレンジ圧縮手段と、受信信号のドップラーヒストリを生成する短時間フーリエ変換手段と、ドップラーヒストリから、受信信号のドップラー移動量を推定する移動量推定手段と、ドップラー移動量に基づいて当該移動を除去するための位相補償量を算出する位相補償量算出手段と、位相補償量算出手段から出力された位相補償量を目標の時間に対する二次のレンジ変化に変換する位相−距離変換手段と、位相−距離変換手段の出力である上記目標の二次のレンジ変化を除去するための補償を行う高次レンジ補償手段とを備えたレーダ装置である。
【００４８】
また、移動する目標に対して電波を送信する送信手段と、目標からの反射波を受信する受信手段と、受信された反射波から得られる受信信号列をレンジ圧縮してヒットとレンジに関するレンジヒストリを得るレンジ圧縮手段と、レンジヒストリを各ヒットごとにレンジに関して総和して参照データ列を生成する総和手段と、参照データ列を短時間フーリエ変換して、ドップラーヒストリを生成する短時間フーリエ変換回路と、ドップラーヒストリ上の各反射点の軌跡からドップラー移動量を抽出する移動量推定回路と、ドップラー移動量に基づいて、目標の距離の移動を除去するために、レンジヒストリの位相補償を行う際の補償量を算出する位相補償量算出手段と、ドップラー移動量から、ドップラー移動量に対応する目標の時間に対する二次の距離変化を算出する位相−距離変換手段と、レンジヒストリ上の各反射点の軌跡の時間に関する二次の距離変化を補償する高次レンジ補償回路と、高次レンジ補償回路の出力であるレンジ補償後のレンジヒストリにおいて、各反射点の時間に対する一次のレンジ移動成分を推定して補償するレンジ補償回路と、レンジ補償回路の出力である各反射点の一次及び二次以上の高次のレンジ補償を完了したレンジヒストリを位相補償量算出手段の出力である位相補償量で補償する位相補償手段と、位相補償手段の出力である、すべてのレンジ補償及び位相補償の完了したレンジヒストリをアジマス圧縮し、目標の画像を生成するアジマス圧縮手段と、を備えている。
【００４９】
また、移動する目標に対して電波を送信する送信手段と、目標からの反射波を受信する受信手段と、受信された反射波から得られる受信信号列をレンジ圧縮してヒットとレンジに関するレンジヒストリを得るレンジ圧縮手段と、レンジ圧縮で得られるレンジヒストリ上の各反射点のレンジ移動成分のうちの時間に対する一次の変化成分を推定して補償するレンジ補償回路と、レンジ補償回路の出力であるレンジ補償後のレンジヒストリから、所定のレンジ範囲のデータ列を切り出す切出手段と、切出手段の出力である切り出し後のレンジヒストリを各ヒットごとにレンジ方向に総和して参照データ列を生成する総和手段と、参照データ列を短時間フーリエ変換して、ドップラーヒストリを生成する短時間フーリエ変換回路と、ドップラーヒストリ上の各反射点の軌跡からドップラー移動量を抽出する移動量推定回路と、移動量推定回路の出力であるドップラー移動量に基づいて、目標の距離の移動を除去するためにレンジヒストリの位相補償を行う際の補償量を算出する位相補償量算出手段と、ドップラー移動量から、ドップラー移動量に対応する目標の時間に対する二次の距離変化を算出する位相−距離変換手段と、レンジヒストリ上の各反射点の軌跡の時間に関する二次の距離変化を補償する高次レンジ補償回路と、高次レンジ補償回路の出力である高次レンジ補償後のレンジヒストリを、位相補償量算出手段の出力である位相補償量で補償する位相補償手段と、位相補償手段の出力である、すべてのレンジ補償及び位相補償の完了したレンジヒストリをアジマス圧縮し、目標の画像を生成するアジマス圧縮手段と、を備えている。
【００５０】
また、位相補償手段の後段に、レンジヒストリ上の各反射点のレンジ移動成分のうちの時間に対する一次の変化成分を推定して補償する第二のレンジ補償回路を、さらに備えている。
【００５１】
また、移動する目標に対して電波を送信する送信手段と、目標からの反射波を受信する受信手段と、受信された反射波から得られる受信信号列をレンジ圧縮してヒットとレンジに関するレンジヒストリを得るレンジ圧縮手段と、レンジヒストリを各ヒットごとにレンジに関して総和して参照データ列を生成する総和手段と、参照データ列のドップラー移動量と、ドップラー移動量に基づく位相補償量とを、短時間フーリエ変換の点数を逐次的に変化させることにより推定する逐次位相補償量算出手段と、受信信号のドップラー移動量から、ドップラー移動量に対応する目標の時間に対する二次の距離変化を算出する位相−距離変換手段と、レンジヒストリ上の各反射点の軌跡の時間に関する二次の距離変化を補償する高次レンジ補償回路と、高次レンジ補償回路の出力である二次レンジ補償後のレンジヒストリにおいて、各反射点の時間に対する一次の距離変化成分を推定して補償するレンジ補償回路と、レンジ補償回路の出力である各反射点の一次及び二次以上の高次のレンジ補償を完了したレンジヒストリを逐次位相補償量算出手段の出力である位相補償量で補償する位相補償手段と、位相補償手段の出力である、レンジ補償及び位相補償の完了したレンジヒストリをアジマス圧縮して上記目標の画像を生成するアジマス圧縮手段と、を備えている。
【００５２】
また、逐次位相量算出手段が、総和手段の出力である参照データ列のドップラーヒストリを生成する短時間フーリエ変換回路と、ドップラーヒストリ上の各反射点の軌跡からドップラー移動量を抽出する移動量推定回路と、移動量推定回路の出力であるドップラー移動量に基づいて、目標の距離の移動を除去するためにレンジヒストリの位相補償を行う際の補償量を算出する位相補償量算出手段と、参照データ列を位相補償量算出手段で得られた位相補償量で位相補償して、再び短時間フーリエ変換回路に戻す参照データ位相補償手段と、参照データ位相補償手段の処理を終えるごとに、短時間フーリエ変換の点数を増やすように制御するフーリエ変換点数制御手段と、各処理のループごとに得られる位相補償量を蓄積する二次位相量蓄積手段と、二次位相量蓄積手段に蓄積された各位相補償量を各ヒットごとに総和して、出力する二次補償量総和手段と、から構成されている。
【００５３】
また、目標に対して電波を送信する送信手段と、目標からの反射波を受信する受信手段と、受信された反射波から得られた受信信号列をレンジ圧縮してヒットとレンジに関するレンジヒストリを得るレンジ圧縮手段と、レンジヒストリを各ヒットごとにレンジに関して総和して参照データ列を生成する総和手段と、参照データ列の位相に最小二乗法を適用して、二次以上の高次の高次の位相成分を推定する最小二乗型位相補償量推定回路と、最小二乗型位相補償量推定回路で得られた受信信号の時間に対する二次以上の高次の高次の位相成分を基に、目標のレンジ移動の時間に対する二次以上の高次の成分を推定する高次位相−距離変換手段と、レンジヒストリ上の各反射点の軌跡の時間に関する高次の距離変化を補償する高次レンジ補償回路と、高次レンジ補償回路の出力である高次レンジ補償後のレンジヒストリにおいて、各反射点の時間に対する一次の距離変化成分を推定して補償するレンジ補償回路と、レンジ補償回路の出力である各反射点の一次及び二次以上の高次のレンジ補償を完了したレンジヒストリを最小二乗型位相補償量推定回路の出力である位相補償量で補償する位相補償手段と、位相補償手段の出力である、レンジ補償及び位相補償の完了したレンジヒストリをアジマス圧縮し上記目標の画像を生成するアジマス圧縮手段と、を備えている。
【００５４】
また、最小二乗型位相補償量推定回路が、総和手段の出力である参照データ列のドップラースペクトルの最大値をとる周波数の値から、一次の位相成分を推定してこれに基づき参照データ列の位相の一次成分を補償する一次位相補償回路と、位相の一次成分を除去した後の参照データ列の位相の２πごとの折り返しをアンラップする位相アンラップ回路と、位相アンラップ後の参照データ列の位相に最小二乗法を適用して、二次以上の高次の位相成分を推定する最小二乗法回路と、から構成されている。
【００５５】
また、高次レンジ補償回路が、レンジ圧縮手段及びレンジ補償回路のいずれか一方の出力であるレンジヒストリのレンジに関する周波数分布のヒストリを算出するＦＦＴ手段と、位相−距離変換手段及び高次位相−距離変換手段のいずれか一方の出力である目標の時間に対する二次の距離変化を打ち消すために上記周波数分布のヒストリを位相補償する周波数領域補償回路と、周波数領域補償回路の出力である、位相補償後の周波数分布を逆フーリエ変換して、目標の時間に対する二次の距離変化を補償したレンジヒストリを出力するＩＦＦＴ手段と、から構成されている。
【００５６】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１によるレーダ装置の構成を示す構成図である。本発明のレーダ装置は例えば合成開口レーダ装置等から構成される。図１に示すように本実施の形態によるレーダ装置は、目標（図１５または図１７の５５０参照）に対して電波を送信する送信手段である送信機５０１と、目標５５０からの反射波を受信する受信手段である受信機５０４と、送信機５０１及び受信機５０４の切り換えを行う送受切換器５０２と、電波の送受信を行う送受信アンテナ５０３と、受信された反射波から得られた受信信号列をレンジ圧縮してヒットとレンジに関するレンジプロフィールのヒストリ（以下、レンジヒストリ）を得るレンジ圧縮手段５０５と、レンジヒストリを各ヒットごとにレンジに関して総和して参照データ列を生成する総和手段１と、参照データ列を短時間フーリエ変換して、ドップラースペクトルのヒストリー（以下、ドップラーヒストリ）を生成する短時間フーリエ変換回路５１７と、ドップラーヒストリ上の各反射点の軌跡からドップラー移動量を抽出する移動量推定回路５１３と、移動量推定回路５１３の出力であるドップラー移動量に基づいて、この移動を除去するためにレンジヒストリの位相補償を行う際の補償量を算出する位相補償量算出手段５１８と、受信信号のドップラー移動量から、これに対応する目標５５０の時間に対する二次の距離変化を算出する位相−距離変換手段２と、レンジヒストリ上の各反射点の軌跡の時間に関する二次の距離変化を補償する高次レンジ補償回路６と、高次レンジ補償回路６の出力であるレンジ補償後のレンジヒストリにおいて、各反射点の時間に対する一次のレンジ移動成分を推定して補償するレンジ補償回路５０６と、レンジ補償回路の出力である各反射点の一次及び二次以上の高次のレンジ補償を完了したレンジヒストリを位相補償量算出手段５１８の出力である位相補償量で補償する位相補償手段５１９と、位相補償手段の出力である、すべてのレンジ補償、位相補償の完了したレンジヒストリをアジマス圧縮し目標５５０の画像を生成するアジマス圧縮手段５０８と、目標５５０の画像を表示するモニタＴＶ５０９とを有している。
【００５７】
また、高次レンジ補償回路６は、図１に示すように、レンジ圧縮手段５０５の出力であるレンジヒストリのレンジに関する周波数分布のヒストリを算出するＦＦＴ手段４と、位相−距離変換手段２の出力である目標５５０の時間に対する二次の距離変化を打ち消すために周波数分布のヒストリを位相補償する周波数領域補償回路３と、周波数領域補償回路３の出力である、位相補償後の周波数分布を逆フーリエ変換して、目標５５０の時間に対する二次の距離変化を補償したレンジヒストリを出力するＩＦＦＴ手段５から構成されている。図２は、本実施の形態による図１のレーダ装置の処理を説明する図である。なお、本実施の形態におけるジオメトリは、上述の図１５または図１７を参照することとする。
【００５８】
図１及び図２を用いて、本実施の形態の動作を説明する。５０１〜５０５までの動作は、上述の図１２と同様であるため、ここでは説明を省略する。図２（ａ）は、レンジヒストリｖ（ｈ，ｒ）を示している。図中の線は、各ヒットにおける目標５５０上の反射点の軌跡を表しており、目標５５０の加速度が大きいことを想定して、その軌跡を二次曲線で表している。本実施の形態では、各反射点の軌跡がこのように二次曲線で表されるような目標５５０の加速度が大きい場合において、各ヒットにおけるレンジ移動量を推定して、これを補償するための方式を提案する。
【００５９】
ここで、時間に対する二次の距離変化成分は、受信信号では、二次の位相変化成分として表され、これは、ドップラー周波数の一次変化として現れる。そこで、受信信号のドップラー周波数の一次変化を推定することで、距離の二次の変化成分を推定できる。これを行うために、まず、総和手段1では、次式（９）に従い、レンジヒストリｖ（ｈ、ｒ）をレンジ方向に総和し、参照データ列ｗ（ｈ）を得る。
【００６０】
【数９】
【００６１】
得られたｗ（ｈ）には、レンジヒストリ上の全受信信号成分が含まれている。これに対して、短時間フーリエ変換回路５１７で、上述した従来のレーダ装置と同様に点数Δｈの短時間フーリエ変換を行い、図２（ｂ）のように得られたドップラーヒストリｆｓ（ｈ’，ｆ）を、移動量推定回路５１３に入力してドップラー移動量Ｓｆを得る。位相補償量算出手段５１８では、式（７）で、上述した従来のレーダ装置と同様に、位相補償量ｐｈ（ｈ）を推定すると共に、式（７）中に含まれている次式（１０）で示される係数aをヒットｈ＝０，１，２，…を時間とみなした場合のドップラー周波数の変化率として出力する。
【００６２】
【数１０】
【００６３】
さて、各ヒットにおけるドップラー周波数ｆｄ（ｈ）（ｈ＝０，１，…，Ｈ−１）は定数項を無視すると次式（１１）で表せる。
【００６４】
【数１１】
【００６５】
よって、一次のドップラー周波数変化に対応した各ヒットごとの位相変化φｄ（ｈ）は次式で表される。
【００６６】
【数１２】
【００６７】
一方、受信信号の各ヒットにおける位相φ（ｈ）とレーダからの距離ｒ（ｈ）の関係は、送信信号の初期位相を０[rad]とすると次式（１３）で与えられる。
【００６８】
【数１３】
【００６９】
ただし、λは送信波証、ｒn（ｈ）（ｎ＝０，１，２，…）はヒットに対するn次の距離変化成分、φn（ｈ）（ｎ＝０，１，２，…）は、ｒn（ｈ）に対応した位相成分を表す。式（１３）中の二次の位相成分φ2（ｈ）が、ドップラー変化率ａより定まる式（１２）の位相変化成分φd(h)と等しいことから、目標の二次の距離変化成分ｒ2（ｈ）は、次式（１４）で表される。
【００７０】
【数１４】
【００７１】
よって、各ヒットｈにおける、レンジ分解能Δ[m]で正規化したレンジ補償量Δｒ（ｈ）（ｈ＝０，１，…，Ｈ−１）は次式（１５）で与えられる。
【００７２】
【数１５】
【００７３】
位相−距離変換手段２では、以上の処理に基づき、レンジ分解能で正規化した、レンジ補償量Δｒ（ｈ）を得る。さて、以上得られたレンジ補償量Δｒ（ｈ）を用いて、レンジヒストリのレンジ補償を行えるが、具体的な補償方式が問題となる。レンジ補償の一つの方式として、上述した従来のレーダ装置と同様に、上記レンジ補償量Δｒ（ｈ）を各ヒットごとに整数値に離散化して、その値だけ、レンジプロフィールをレンジ方向にレンジセル単位で平行移動する方式が考えられる。しかし、この方式では、離散化の影響で、アジマス圧縮後のドップラー周波数方向に虚像が発生する問題がある。そこで、ここでは、レンジヒストリを各ヒットごとに、まずレンジ方向にフーリエ変換し、得られた空間周波数分布のヒストリの位相補償を行うことで、整数値以下のレンジ補償を行う。
【００７４】
まず、高次レンジ補償回路６内のＦＦＴ手段４では、次式（１６）により、各ヒットｈにおける空間周波数分布Ｕ（ｈ，ｋ）を得る。
【００７５】
【数１６】
【００７６】
ここで、周波数分布を直流成分を中心として取り扱うために、次式（１７）の関数を導入する。
【００７７】
【数１７】
【００７８】
周波数領域補償回路３では、位相−距離変換手段２の出力である、レンジ分解能で正規化したレンジ補償量Δｒ（ｈ）、及び、ＦＦＴ手段４の出力である空間周波数分布のヒストリＵ（ｈ，ｋ）を用いて次式（１８）で位相補償を行い、位相補償後の空間周波数分布のヒストリＵ２（ｈ，ｋ）を得る。
【００７９】
【数１８】
【００８０】
ＩＦＦＴ手段５では、得られたＵ２（ｈ，ｋ）を次式（１９）により、各ヒットごとに逆フーリエ変換して、二次のレンジ補償を行う。
【００８１】
【数１９】
【００８２】
得られたｖ２（ｈ，ｒ）が、二次のレンジ移動成分を除去した後のレンジヒストリである。
【００８３】
さて、以上の処理により、目標５５０の加速度成分に伴う２次のレンジ移動成分は除去されたので、得られたレンジヒストリｖ２（ｈ，ｒ）上の各反射点の軌跡は、図２（ｃ）に示すように直線になる。
【００８４】
よって、以下からは上述した従来のレーダ装置と同様の処理を行えば良い。まず、レンジ補償回路５０６では、従来のレーダ装置と同じ方式で、レンジ補償を行う。位相補償手段５１９では、レンジ補償回路５０６でレンジ補償されたあとのレンジヒストリと、先に、位相補償量算出手段５１８で得られた位相補償量ｐｈ（ｈ）とを用いて、従来のレーダ装置と同様に位相補償を行い、アジマス圧縮手段５０８では、位相補償手段５１９で得られた位相補償後のレンジヒストリのアジマス圧縮を行い、ＩＳＡＲ画像を得る。最後に、得られた結果をモニタＴＶ５０９に表示する。
【００８５】
以上のように、本実施の形態においては、まず、目標の加速度が大きく、レンジヒストリ上の各反射点の軌跡が曲線で表される場合においても、ドップラー周波数の時間変化を用いることで、レンジヒストリ上の各軌跡の二次の変化の補償が可能になり、ＩＳＡＲ画像の分解能劣化を防ぐことができる。また、レンジ補償をレンジヒストリの各ヒットにおける空間周波数分布の位相補償により行うので、レンジ分解能で離散化されたレンジ補償を行う場合に比べて、ＩＳＡＲ画像上のアジマス方向の虚像の発生を除去できるため、鮮明な画像を得ることができる。
【００８６】
実施の形態２．
図３は、本実施の形態によるレーダ装置の構成を示す図である。図において、１１は、レンジ補償後のレンジヒストリからある所定のレンジ範囲のデータ列を切り出すための切出手段である。本実施の形態と上述した実施の形態１との相違点は、主に、実施の形態１では高次レンジ補償回路６の後段に設けられていたレンジ補償回路５０６が、高次レンジ補償回路６の前段に設けられていることと、総和手段１の前段に切出手段１１が追加されている点である。
【００８７】
すなわち、本実施の形態におけるレーダ装置は、図３に示すように、目標５５０に対して電波を送信する送信機５０１と、目標５５０からの反射波を受信する受信機５０４と、受信された反射波から得られた受信信号列をレンジ圧縮してヒットとレンジに関するレンジヒストリを得るレンジ圧縮手段５０５と、レンジ圧縮で得られるレンジヒストリ上の各反射点のレンジ移動成分のうちの時間に対する一次の変化成分を推定して補償するレンジ補償回路５０６と、レンジ補償後のレンジヒストリから所定のレンジ範囲のデータ列を切り出す切出手段１１と、切出手段１１の出力である、切り出し後のレンジヒストリを各ヒットごとにレンジ方向に総和して参照データ列を生成する総和手段１と、参照データ列を短時間フーリエ変換して、ドップラーヒストリを生成する短時間フーリエ変換回路５１７と、ドップラーヒストリ上の各反射点の軌跡からドップラー移動量を抽出する移動量推定回路５１３と、移動量推定回路５１３の出力であるドップラー移動量に基づいて、この移動を除去するために前記レンジヒストリの位相補償を行う際の補償量を算出する位相補償量算出手段５１８と、受信信号のドップラー移動量から、これに対応する目標の時間に対する二次の距離変化を算出する位相−距離変換手段２と、レンジヒストリ上の各反射点の軌跡の時間に関する二次の距離変化を補償する高次レンジ補償回路６と、高次レンジ補償回路６の出力である高次レンジ補償後のレンジヒストリを位相補償量算出手段５１８の出力である位相補償量で補償する位相補償手段５１９と、位相補償手段５１９の出力である、すべてのレンジ補償、位相補償の完了したレンジヒストリをアジマス圧縮し目標５５０の画像を生成するアジマス圧縮手段５０８とを有している。図４は、本実施の形態のレーダ装置の処理を説明する図である。
【００８８】
次に、図３及び図４を用いて、本実施の形態の処理内容を説明する。まず、レンジ補償回路５０６では、図４（ａ）に示すレンジヒストリｖ（ｈ，ｒ）に従来のレンジ補償を適用して一次のレンジ移動を補償し、図４（ｂ）に示すレンジ補償後のレンジヒストリｖ２（ｈ，ｒ）を得る。
【００８９】
次に、切出手段１１では、ｖ２（ｈ，ｒ）の信号電力が大きいレンジ範囲ｒ１〜ｒ１＋ΔＲ−１のデータ列を、次式（２０）に従い、図４（ｃ）に示すように切り出し、これをｗ０（ｈ，ｒ）とする。
【００９０】
【数２０】
【００９１】
総和手段１では、得られたｗ０（ｈ，ｒ）を次式（２１）により総和し、参照データ列ｗ（ｈ）を得る。
【００９２】
【数２１】
【００９３】
以下、短時間フーリエ変換回路５１７から位相−距離変換手段２までの処理は、実施の形態１と同一であるため、ここでは説明を省略する。また、レンジ補償回路５０６の出力であるレンジヒストリの二次のレンジ移動を高次レンジ補償回路で補償する処理も実施の形態1と同一である。
【００９４】
すでに一次のレンジ移動成分は補償されているので、位相補償量算出手段５１８で得られた位相補償量を用いて、位相補償手段５１９で、二次のレンジ移動成分を補償した後のレンジヒストリの位相補償を行う。結果をアジマス圧縮手段５０８でアジマス圧縮してＩＳＡＲ画像を生成し、結果をモニタＴＶ５０９に表示する。
【００９５】
本実施の形態においては、以上の構成を取ることにより、上述した実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、さらに、まず最初にレンジ補償を行い、信号電力の高い部分のみのデータ列を切り出して参照信号とするようにしたため、従来のレーダ装置に比べて耐雑音性能が向上する。
【００９６】
実施の形態３．
図５は、本実施の形態によるレーダ装置の構成を示す図である。本実施の形態の構成において、上述した実施の形態２の構成と異なる点は、位相補償手段５１９の後段にレンジ補償回路５０６がもう１つ追加されていることである。図５において、１、２、６は図１と、１１は図３と同一である。また、５０１〜５０６、５０８、５０９は図１２と、５１３は図１３と、５１７〜５１９は図１４と同一である。
【００９７】
次に、図５を用いて本実施の形態の動作を説明する。上述したように、本実施の形態では、実施の形態２の構成に比べて位相補償手段５１９の後段に、レンジ補償回路５０６が追加されている。すなわち、送信機５０１から位相補償手段５１９までの処理で、二次のレンジ移動とドップラー移動については補償が完了している。
【００９８】
また、一次のレンジ移動成分については、上述した実施の形態２では、レンジ圧縮手段５０５の後段のレンジ補償回路５０６により完全に除去されるものとしたが、実際は、レンジ補償回路５０６でレンジ補償量を推定する際には、レンジ移動成分に、二次成分も含まれるため、一次成分のみを正しく推定して補償するのは困難と思われる。そこで、この実施の形態においては、先にのべたように、位相補償手段５１９の後段にさらにレンジ補償回路５０６が追加されている。
【００９９】
つまり、位相補償手段５１９までの処理により、レンジ移動に関しては、２次の成分が補償されているので、例え、レンジ移動成分が残存していた場合でも、各反射点のレンジヒストリ上の軌跡は直線で与えられる。よって、従来のレーダ装置と同じ方式を適用するのみで、この成分を推定／補償することができる。
【０１００】
本実施の形態においては、以上の構成にすることにより、上述の実施の形態１及び実施の形態２と同様の効果が得られるとともに、さらに、レンジ補償精度の向上によるＩＳＡＲ画像の分解能劣化発生の抑圧を行うことができる。
【０１０１】
実施の形態４．
図６は本実施の形態によるレーダ装置の構成を示すブロック図である。図において、４１は、参照データ列のドップラー移動量と、これに基づく位相補償量とを、短時間フーリエ変換の点数を逐次に変えて推定する位相補償量算出手段である。なお、１、２、６は図１と、５０１〜５０６、５０８、５０９は図１２と、５１９は図１４と同一である。
【０１０２】
すなわち、本実施の形態におけるレーダ装置は、図６に示すように、目標５５０に対して電波を送信する送信機５０１と、目標５５０からの反射波を受信する受信機５０４と、受信された反射波から得られた受信信号列をレンジ圧縮してヒットとレンジに関するレンジヒストリを得るレンジ圧縮手段５０５と、レンジヒストリを各ヒットごとにレンジに関して総和して参照データ列を生成する総和手段１と、参照データ列のドップラー移動量と、これに基づく位相補償量を短時間フーリエ変換の点数を逐次的に変えて推定する逐次位相補償量算出手段４１と、受信信号のドップラー移動量から、これに対応する目標５５０の時間に対する二次の距離変化を算出する位相−距離変換手段２と、レンジヒストリ上の各反射点の軌跡の時間に関する二次の距離変化を補償する高次レンジ補償回路６と、高次レンジ補償回路の出力である二次レンジ補償後のレンジヒストリにおいて、各反射点の時間に対する一次の距離変化成分を推定して補償するレンジ補償回路５０６と、レンジ補償回路５０６の出力である各反射点の一次及び二次以上の高次のレンジ補償を完了したレンジヒストリを逐次位相補償量算出手段４１の出力である位相補償量で補償する位相補償手段５１９と、位相補償手段５１９の出力である、すべてのレンジ補償、位相補償の完了したレンジヒストリをアジマス圧縮して目標の画像を生成するアジマス圧縮手段５０８を有している。
【０１０３】
また、図７は、逐次位相補償量算出手段４１の内部構成を示すブロック図である。図において、４２は、参照データ列を前記位相補償量算出手段で得られた位相補償量で位相補償して、これを再び短時間フーリエ変換回路５１７に戻す参照データ位相補償手段、４３は、各処理のループごとに得られる位相補償量を蓄積する二次位相量蓄積手段、４４は、二次位相量蓄積手段４３に蓄積された各位相補償量を各ヒットごとに総和してこれを出力する二次補償量総和手段、４５は、参照データ位相補償手段４２の処理を終えるごとに、短時間フーリエ変換の点数を増やすように制御するフーリエ変換点数制御手段である。また、５１３は図１３と、５１７及び５１８は図１４と同一である。図８は本実施の形態のレーダ装置の処理内容を説明するための図である。
【０１０４】
次に、図６、図７、図８を用いて本実施の形態の動作を説明する。本実施の形態では、目標の加速度が大きい場合に、短時間フーリエ変換で得られるドップラーヒストリ上の各反射点の軌跡が図８（ａ）に示すように太くなり、ドップラー移動量の推定精度が劣化することと、この問題を避けるために、短時間フーリエ変換の点数を少なくすると、今度は、ドップラー分解能の劣化のために、ドップラー移動の推定精度が劣化することとを問題とし、これらの問題を解決することを目的とする。
【０１０５】
ここで、参照データ列から位相補償量を推定する際に、最初は少ないフーリエ変換点数で位相補償量を推定してこれを蓄積すると共に、この補償量で参照データ列の二次の位相成分を補償する処理を、フーリエ変換点数を増やしながら繰り返すことで、上記の問題を解決できる。
【０１０６】
以下では、この考え方に基づく、位相補償量推定の考え方について述べる。なお、この実施の形態の構成は、図６に示すように、実施の形態１における、位相補償量を推定するための、短時間フーリエ変換回路５１７、移動量推定回路５１３、位相補償量算出手段５１８のブロックが、逐次位相補償量算出手段４１に代っている部分が相違点である。
【０１０７】
逐次位相補償量算出手段４１には、総和手段１で得られた参照データ列ｗ（ｈ）（ｈ＝０，１，…Ｈ−１）が入力される。フーリエ変換点数制御手段４５（図７）では、まず、あるフーリエ変換点数Δｈ１を設定する。例えば、Δｈ１＝２＾ｋ１（ここでＡ＾ＢはＡのＢ乗を表す。また、ｋ１は周波数ヒストリ上の反射点の軌跡の幅が広くならないような適当な数）としてｋ１を与えても構わない。短時間フーリエ変換回路５１７では上記Δｈ１をフーリエ変換点数とした短時間フーリエ変換を行い、移動量推定回路５１３では、ドップラー周波数の総移動量ｓｆ１を推定する。位相補償量算出手段５１８では、ｓｆ１及びΔｈ１から、参照データ列ｗ（ｈ）の二次の位相補償量ｐ１（ｈ）を算出し、これを二次位相量蓄積手段４３に蓄える。
【０１０８】
さらに、参照データ位相補償手段４２では、ｐ１（ｈ）に基づきｗ（ｈ）の位相補償を行う。ここでは、Δｈ１の点数が小さく周波数分解能が劣化した状態で位相補償量を算出したため、この補償の精度は悪いが、主要な成分は補償される。これを再び短時間フーリエ変換回路５１７に送る。
【０１０９】
フーリエ変換点数制御手段４５では、Δｈ２＞Δｈ１となるフーリエ変換点数を設定する。ここで、例えばｋ２＝ｋ１＋１として、Δｈ２＝２＾ｋ２としてフーリエ変換点数を設定しても構わない。
【０１１０】
短時間フーリエ変換回路５１７では、参照データ位相補償手段４２の出力であるｐ１（ｈ）で位相補償後の参照データ列をフーリエ変換点数Δｈ２で再び短時間フーリエ変換する。得られるドップラーヒストリ上の各反射点の軌跡は、単にフーリエ変換点数を増やしたのみでは、ドップラー移動量が大きいために、幅が広がってしまうが、本実施の形態の処理では、先に、参照データ列位相補償手段４２で主要な二次位相すなわち、一次のドップラー変化を低減しているため、ドップラー移動量が小さく抑えられており、ドップラーヒストリ上の軌跡の幅も広がらない。
【０１１１】
得られた周波数ヒストリに対してフーリエ変換点数がΔｈ１の場合と同様の処理を適用することで、二次位相量蓄積手段４３に位相補償量ｐ２（ｈ）を蓄積すると共に、ｗ（ｈ）の位相補償を行う。以下、フーリエ変換点数をΔｈ３，Δｈ４，…（もしくはｋ３，ｋ４，…）と変えていき、同じ処理を繰り返す。
【０１１２】
このような処理を繰り返した結果、二次位相量蓄積手段４３には、各フーリエ変換点数での位相補償量がｐj（ｈ）（ｊ＝１，２，…）が蓄積されており、逐次位相補償量算出手段４１に入力されたｗ（ｈ）の二次位相補償量ｐｈ（ｈ）はこれらの和で次式（２２）のように与えられる。
【０１１３】
【数２２】
【０１１４】
ここで、Ｊはフーリエ変換点数を変えて行う処理の繰り返し回数である。二次補償量総和手段４４では、式(２２)に従い、最終的な二次位相補償量ｐｈ（ｈ）を算出し、結果を出力する。
【０１１５】
この実施の形態における位相−距離変換手段２以下の処理は上述した実施の形態1と同様である。なお、図６では、実施の形態１の処理ブロックの変更の内容で、その処理内容を説明したが、実施の形態２及び実施の形態３の変更として本実施の形態を構成しても、同様に動作することは言うまでもない。
【０１１６】
以上のように、この実施の形態においては、上述の実施の形態１〜３と同様の効果が得られるとともに、目標の加速度が大きく、ドップラーヒストリ上の各反射点の軌跡の幅が広がってしまい、これに伴う位相補償量の推定に誤差が発生して、ＩＳＡＲ画像が結像しない、また、各軌跡の幅を狭くするために短時間フーリエ変換の点数を小さくした場合には、ドップラー分解能の劣化に伴い位相補償の推定に誤差が発生してＩＳＡＲ画像が結像しない、という相反する問題点を解決して、ＩＳＡＲ画像を結像させることができる。
【０１１７】
実施の形態５．
図９は、本実施の形態によるレーダ装置の構成を示すブロック図である。図において、５１は最小二乗型位相補償量推定回路、５５は高次位相−距離変換手段である。なお、１及び６は図１と、５０１〜５０５、５０８、５０９は図１２と、５１９は図１４と同一である。
【０１１８】
すなわち、本実施の形態におけるレーダ装置は、目標５５０に対して電波を送信する送信機５０１と、目標５５０からの反射波を受信する受信機５０４と、受信された反射波から得られた受信信号列をレンジ圧縮してヒットとレンジに関するレンジヒストリを得るレンジ圧縮手段５０５と、レンジヒストリを各ヒットごとにレンジに関して総和して参照データ列を生成する総和手段１と、参照データ列の位相に最小二乗法を適用して、二次以上の高次の高次の位相成分を推定する最小二乗型位相補償量推定回路５１と、最小二乗型位相補償量推定回路５１で得られた受信信号の時間に対する二次以上の高次の高次の位相成分を基に、目標５５０のレンジ移動の時間に対する二次以上の高次の成分を推定する高次位相−距離変換手段５５と、レンジヒストリ上の各反射点の軌跡の時間に関する高次の距離変化を補償する高次レンジ補償回路６と、高次レンジ補償回路６の出力である高次レンジ補償後のレンジヒストリにおいて、各反射点の時間に対する一次の距離変化成分を推定して補償するレンジ補償回路５０６と、レンジ補償回路５０６の出力である各反射点の一次及び二次以上の高次のレンジ補償を完了したレンジヒストリを最小二乗型位相補償量推定回路５１の出力である位相補償量で補償する位相補償手段５１９と、位相補償手段５１９の出力である、すべてのレンジ補償、位相補償の完了したレンジヒストリをアジマス圧縮し目標５５０の画像を生成するアジマス圧縮手段５０８とを有している。
【０１１９】
図１０は最小二乗型位相補償量推定回路５１の内部構成を示すブロック図である。最小二乗型位相補償量推定回路５１は、図のように、入力した参照データ列のドップラースペクトルの最大値をとる周波数の値から、一次の位相成分を推定して、これに基づき参照データ列の位相の一次成分を補償する一次位相補償回路５２と、位相の一次成分を除去した後の参照データ列の位相の２πごとの折り返しをアンラップする位相アンラップ回路５３と、位相アンラップ後の参照データ列の位相に最小二乗法を適用して、二次以上の高次の位相成分を推定する最小二乗法回路５４とから構成されている。なお、図１１は、本実施の形態の処理内容を説明するための図である。
【０１２０】
次に、図９、図１０、図１１を用いて本実施の形態の動作を説明する。本実施の形態では、目標の加速度の影響で、三次以上の位相成分が発生した場合を考える。そのために、参照データ列の位相に直接最小二乗法を適用して、位相成分を推定する。ただし、そのためには、図１１（ａ）に示す２πごとの位相の折り返しを除去（位相アンラップ）する必要がある。後述するように、隣接ヒット間の位相の差分が±πを越えると位相アンラップを正しく行えなくなるため、一次位相補償回路５２では、まず、位相の主要項となる、一次の位相成分を除去する。一次の位相成分の除去は以下の処理を経て実現される。
【０１２１】
まず、次式により、参照データ列ｗ（ｈ）のドップラースペクトルW(f)を得る。
【０１２２】
【数２３】
【０１２３】
このW（ｆ）の電力を図１１（ｂ）に示すように最大とするｆを用いて次式のように一次の位相量φ1（ｈ）を推定する。
【０１２４】
【数２４】
【０１２５】
次に、得られたφ1（ｈ）を用いて次式（２５）により一次成分の位相補償を行う。
【０１２６】
【数２５】
【０１２７】
得られた、参照信号ｗ２（ｈ）においては、主要な一次の位相成分が除去されているので、ｐｈａｓｅ（ｚ）を複素数zの位相を算出するオペレータとして定義した場合に、次式（２６）により得られるｗ２（ｈ）の位相φ２（ｈ）は、図１１（ｃ）に示すように一次の位相成分除去前に比べて、変動が緩やかになる。
【０１２８】
【数２６】
【０１２９】
一次位相補償回路５２では、上式（２６）の位相φ２（ｈ）を出力する。φ２（ｈ）の値域は、−π＜φ２（ｈ）≦πであり、隣接ヒット間のφ２（ｈ）の差分δ（ｈ）（＝φ２（ｈ）−φ２（ｈ−１））の値域は、−２π＜δ（ｈ）＜２πとなる。折り返し前のヒット間の位相差が±πを越えないという仮定を導入すると、これを、（ａ）：−２π＜δ（ｈ）≦−π，（ｂ）：−π＜δ（ｈ）≦π，（ｃ）：π＜δ（ｈ）≦２π；の３つの場合に分けて、それぞれを、（ａ）：π−ε１ → −π＋ε２の折り返し発生，（ｂ）：折り返し発生せず，（ｃ）：−π＋ε２→π−ε１の折り返し発生，（ただし，ε１，ε２＞０，ε１＋ε２＜π）とみなすことができる。
【０１３０】
そこで、次式（２７）で各ヒットｈ（ｈ＝１，２，…Ｈ−１）の折り返しの補正量Δφ（ｈ）を求め、次式（２８）でアンラップ後の位相φｕ（ｈ）を得ることができる。
【０１３１】
【数２７】
【０１３２】
【数２８】
【０１３３】
これを図示すると図１１（ｄ）のようになる。位相アンラップ回路５３では以上の処理により、位相アンラップ後の参照信号の位相φｕ（ｈ）を算出して、これを出力する。この方式では、折り返し前の各ヒット間の位相差がπを越える場合には、アンラップを正しく実行できないため、一次位相補償回路５２でヒット間の位相差を低減した。
【０１３４】
最小二乗法回路５４では、得られたφｕ（ｈ）にＮ次の最小二乗法を適用して、次式（２９）のように、Ｎ次以下の多項式で、位相成分φＬ（ｈ）を推定する。
【０１３５】
【数２９】
【０１３６】
位相成分φＬ（ｈ）には折り返しが発生していないことから、レンジ分解能Δで正規化したレンジ補償量Δｒ（ｈ）とφＬ（ｈ）の関係は次式（３０）で与えられる。
【０１３７】
【数３０】
【０１３８】
ただし、λは波長である。得られたレンジ補償量Δｒ（ｈ）には、３次以上の距離変化成分も含まれている。周波数領域補償回路３以降で、高次位相−距離変換手段５５で得られたレンジ補償量Δｒ（ｈ）を用いてレンジ補償を行う処理から、最終的にモニタＴＶ５０９にＩＳＡＲ画像を表示するまでの処理は実施の形態１と同一である。
【０１３９】
本実施の形態では、実施の形態１の処理を改良する形で処理内容を説明した。しかし、実施の形態２、実施の形態３の処理の改良としても同様に実現できる。
【０１４０】
以上のように、この実施の形態においては、上述の実施の形態１、実施の形態２、実施の形態３と同様の効果を得ることができるとともに、さらに、目標の加速度運動の影響で、レンジヒストリ上の各反射点の軌跡が時間に対する三次以上のレンジ移動が生じる場合にも、これに伴うＩＳＡＲ画像の分解能劣化を抑えて画像再生を行える。
【０１４１】
【発明の効果】
この発明は、移動する目標に対して電波を送信し、目標からの反射波を受信して、目標の画像を得るレーダ装置であって、受信した反射波から得られる受信信号をレンジ圧縮してレンジヒストリを生成するレンジ圧縮手段と、受信信号のドップラーヒストリを生成する短時間フーリエ変換手段と、ドップラーヒストリから、受信信号のドップラー移動量を推定する移動量推定手段と、ドップラー移動量に基づいて当該移動を除去するための位相補償量を算出する位相補償量算出手段と、位相補償量算出手段から出力された位相補償量を目標の時間に対する二次のレンジ変化に変換する位相−距離変換手段と、位相−距離変換手段の出力である上記目標の二次のレンジ変化を除去するための補償を行う高次レンジ補償手段とを備えたレーダ装置であるので、目標の加速度が大きくレンジヒストリ上の各反射点の軌跡が曲線で表される場合等においても、レンジや位相の補償量を正しく推定し、ＩＳＡＲ画像を結像させることができるという効果が得られる。
【０１４２】
また、移動する目標に対して電波を送信する送信手段と、目標からの反射波を受信する受信手段と、受信された反射波から得られる受信信号列をレンジ圧縮してヒットとレンジに関するレンジヒストリを得るレンジ圧縮手段と、レンジヒストリを各ヒットごとにレンジに関して総和して参照データ列を生成する総和手段と、参照データ列を短時間フーリエ変換して、ドップラーヒストリを生成する短時間フーリエ変換回路と、ドップラーヒストリ上の各反射点の軌跡からドップラー移動量を抽出する移動量推定回路と、ドップラー移動量に基づいて、目標の距離の移動を除去するために、レンジヒストリの位相補償を行う際の補償量を算出する位相補償量算出手段と、ドップラー移動量から、ドップラー移動量に対応する目標の時間に対する二次の距離変化を算出する位相−距離変換手段と、レンジヒストリ上の各反射点の軌跡の時間に関する二次の距離変化を補償する高次レンジ補償回路と、高次レンジ補償回路の出力であるレンジ補償後のレンジヒストリにおいて、各反射点の時間に対する一次のレンジ移動成分を推定して補償するレンジ補償回路と、レンジ補償回路の出力である各反射点の一次及び二次以上の高次のレンジ補償を完了したレンジヒストリを位相補償量算出手段の出力である位相補償量で補償する位相補償手段と、位相補償手段の出力である、すべてのレンジ補償及び位相補償の完了したレンジヒストリをアジマス圧縮し、目標の画像を生成するアジマス圧縮手段と、を備えるようにしたので、まず、目標の加速度が大きく、レンジヒストリ上の各反射点の軌跡が曲線で表される場合においても、ドップラー周波数の時間変化を用いることで、レンジヒストリ上の各軌跡の二次の変化の補償が可能になり、ＩＳＡＲ画像の分解能劣化を防ぐことができる。また、レンジ補償をレンジヒストリの各ヒットにおける空間周波数分布の位相補償により行うので、レンジ分解能で離散化されたレンジ補償を行う場合に比べて、ＩＳＡＲ画像上のアジマス方向の虚像の発生を除去できるため、鮮明な画像を得ることができる。
【０１４３】
また、移動する目標に対して電波を送信する送信手段と、目標からの反射波を受信する受信手段と、受信された反射波から得られる受信信号列をレンジ圧縮してヒットとレンジに関するレンジヒストリを得るレンジ圧縮手段と、レンジ圧縮で得られるレンジヒストリ上の各反射点のレンジ移動成分のうちの時間に対する一次の変化成分を推定して補償するレンジ補償回路と、レンジ補償回路の出力であるレンジ補償後のレンジヒストリから、所定のレンジ範囲のデータ列を切り出す切出手段と、切出手段の出力である切り出し後のレンジヒストリを各ヒットごとにレンジ方向に総和して参照データ列を生成する総和手段と、参照データ列を短時間フーリエ変換して、ドップラーヒストリを生成する短時間フーリエ変換回路と、ドップラーヒストリ上の各反射点の軌跡からドップラー移動量を抽出する移動量推定回路と、移動量推定回路の出力であるドップラー移動量に基づいて、目標の距離の移動を除去するためにレンジヒストリの位相補償を行う際の補償量を算出する位相補償量算出手段と、ドップラー移動量から、ドップラー移動量に対応する目標の時間に対する二次の距離変化を算出する位相−距離変換手段と、レンジヒストリ上の各反射点の軌跡の時間に関する二次の距離変化を補償する高次レンジ補償回路と、高次レンジ補償回路の出力である高次レンジ補償後のレンジヒストリを、位相補償量算出手段の出力である位相補償量で補償する位相補償手段と、位相補償手段の出力である、すべてのレンジ補償及び位相補償の完了したレンジヒストリをアジマス圧縮し、目標の画像を生成するアジマス圧縮手段と、を備えるようにしたので、まず、目標の加速度が大きく、レンジヒストリ上の各反射点の軌跡が曲線で表される場合においても、ドップラー周波数の時間変化を用いることで、レンジヒストリ上の各軌跡の二次の変化の補償が可能になり、ＩＳＡＲ画像の分解能劣化を防ぐことができる。また、レンジ補償をレンジヒストリの各ヒットにおける空間周波数分布の位相補償により行うので、レンジ分解能で離散化されたレンジ補償を行う場合に比べて、ＩＳＡＲ画像上のアジマス方向の虚像の発生を除去できるため、鮮明な画像を得ることができる。さらに、まず最初にレンジ補償を行い、信号電力の高い部分のみのデータ列を切り出して参照信号とするようにしたため、従来のレーダ装置に比べて耐雑音性能が向上する。
【０１４４】
また、位相補償手段の後段に、レンジヒストリ上の各反射点のレンジ移動成分のうちの時間に対する一次の変化成分を推定して補償する第二のレンジ補償回路を、さらに備えるようにしたので、レンジ補償精度の向上によるＩＳＡＲ画像の分解能劣化発生の抑圧を行うことができる。また、目標の加速度が大きく、レンジヒストリ上の各反射点の軌跡が曲線で表される場合においても、ドップラー周波数の時間変化を用いることで、レンジヒストリ上の各軌跡の二次の変化の補償が可能になり、ＩＳＡＲ画像の分解能劣化を防ぐことができる。また、レンジ補償をレンジヒストリの各ヒットにおける空間周波数分布の位相補償により行うので、レンジ分解能で離散化されたレンジ補償を行う場合に比べて、ＩＳＡＲ画像上のアジマス方向の虚像の発生を除去できるため、鮮明な画像を得ることができる。さらに、まず最初にレンジ補償を行い、信号電力の高い部分のみのデータ列を切り出して参照信号とするようにしたため、従来のレーダ装置に比べて耐雑音性能が向上する。
【０１４５】
また、移動する目標に対して電波を送信する送信手段と、目標からの反射波を受信する受信手段と、受信された反射波から得られる受信信号列をレンジ圧縮してヒットとレンジに関するレンジヒストリを得るレンジ圧縮手段と、レンジヒストリを各ヒットごとにレンジに関して総和して参照データ列を生成する総和手段と、参照データ列のドップラー移動量と、ドップラー移動量に基づく位相補償量とを、短時間フーリエ変換の点数を逐次的に変化させることにより推定する逐次位相補償量算出手段と、受信信号のドップラー移動量から、ドップラー移動量に対応する目標の時間に対する二次の距離変化を算出する位相−距離変換手段と、レンジヒストリ上の各反射点の軌跡の時間に関する二次の距離変化を補償する高次レンジ補償回路と、高次レンジ補償回路の出力である二次レンジ補償後のレンジヒストリにおいて、各反射点の時間に対する一次の距離変化成分を推定して補償するレンジ補償回路と、レンジ補償回路の出力である各反射点の一次及び二次以上の高次のレンジ補償を完了したレンジヒストリを逐次位相補償量算出手段の出力である位相補償量で補償する位相補償手段と、位相補償手段の出力である、レンジ補償及び位相補償の完了したレンジヒストリをアジマス圧縮して上記目標の画像を生成するアジマス圧縮手段と、を備えているので、目標の加速度が大きく、ドップラーヒストリ上の各反射点の軌跡の幅が広くなった場合等においても、レンジや位相の補償量を正しく推定し、ＩＳＡＲ画像を結像させることができる。
【０１４６】
また、逐次位相量算出手段が、総和手段の出力である参照データ列のドップラーヒストリを生成する短時間フーリエ変換回路と、ドップラーヒストリ上の各反射点の軌跡からドップラー移動量を抽出する移動量推定回路と、移動量推定回路の出力であるドップラー移動量に基づいて、目標の距離の移動を除去するためにレンジヒストリの位相補償を行う際の補償量を算出する位相補償量算出手段と、参照データ列を位相補償量算出手段で得られた位相補償量で位相補償して、再び短時間フーリエ変換回路に戻す参照データ位相補償手段と、参照データ位相補償手段の処理を終えるごとに、短時間フーリエ変換の点数を増やすように制御するフーリエ変換点数制御手段と、各処理のループごとに得られる位相補償量を蓄積する二次位相量蓄積手段と、二次位相量蓄積手段に蓄積された各位相補償量を各ヒットごとに総和して、出力する二次補償量総和手段と、から構成されているので、目標の加速度が大きく、ドップラーヒストリ上の各反射点の軌跡の幅が広がってしまい、これに伴う位相補償量の推定に誤差が発生して、ＩＳＡＲ画像が結像しない、また、各軌跡の幅を狭くするために短時間フーリエ変換の点数を小さくした場合には、ドップラー分解能の劣化に伴い位相補償の推定に誤差が発生してＩＳＡＲ画像が結像しない、という相反する問題点を解決して、ＩＳＡＲ画像を結像させることができる。
【０１４７】
また、目標に対して電波を送信する送信手段と、目標からの反射波を受信する受信手段と、受信された反射波から得られた受信信号列をレンジ圧縮してヒットとレンジに関するレンジヒストリを得るレンジ圧縮手段と、レンジヒストリを各ヒットごとにレンジに関して総和して参照データ列を生成する総和手段と、参照データ列の位相に最小二乗法を適用して、二次以上の高次の高次の位相成分を推定する最小二乗型位相補償量推定回路と、最小二乗型位相補償量推定回路で得られた受信信号の時間に対する二次以上の高次の高次の位相成分を基に、目標のレンジ移動の時間に対する二次以上の高次の成分を推定する高次位相−距離変換手段と、レンジヒストリ上の各反射点の軌跡の時間に関する高次の距離変化を補償する高次レンジ補償回路と、高次レンジ補償回路の出力である高次レンジ補償後のレンジヒストリにおいて、各反射点の時間に対する一次の距離変化成分を推定して補償するレンジ補償回路と、レンジ補償回路の出力である各反射点の一次及び二次以上の高次のレンジ補償を完了したレンジヒストリを最小二乗型位相補償量推定回路の出力である位相補償量で補償する位相補償手段と、位相補償手段の出力である、レンジ補償及び位相補償の完了したレンジヒストリをアジマス圧縮し上記目標の画像を生成するアジマス圧縮手段と、を備えているので、目標の加速度が大きくレンジヒストリ上の各反射点の軌跡が曲線で表される場合等においても、レンジや位相の補償量を正しく推定し、ＩＳＡＲ画像を結像させることができるとともに、さらに、目標の加速度運動の影響で、レンジヒストリ上の各反射点の軌跡が時間に対する三次以上のレンジ移動が生じる場合にも、これに伴うＩＳＡＲ画像の分解能劣化を抑えて画像再生を行うことができる。
【０１４８】
また、最小二乗型位相補償量推定回路が、総和手段の出力である参照データ列のドップラースペクトルの最大値をとる周波数の値から、一次の位相成分を推定してこれに基づき参照データ列の位相の一次成分を補償する一次位相補償回路と、位相の一次成分を除去した後の参照データ列の位相の２πごとの折り返しをアンラップする位相アンラップ回路と、位相アンラップ後の参照データ列の位相に最小二乗法を適用して、二次以上の高次の位相成分を推定する最小二乗法回路と、から構成されているので、目標の加速度が大きくレンジヒストリ上の各反射点の軌跡が曲線で表される場合等においても、レンジや位相の補償量を正しく推定し、ＩＳＡＲ画像を結像させることができるとともに、さらに、目標の加速度運動の影響で、レンジヒストリ上の各反射点の軌跡が時間に対する三次以上のレンジ移動が生じる場合にも、これに伴うＩＳＡＲ画像の分解能劣化を抑えて画像再生を行うことができる。
【０１４９】
また、高次レンジ補償回路が、レンジ圧縮手段及びレンジ補償回路のいずれか一方の出力であるレンジヒストリのレンジに関する周波数分布のヒストリを算出するＦＦＴ手段と、位相−距離変換手段及び高次位相−距離変換手段のいずれか一方の出力である目標の時間に対する二次の距離変化を打ち消すために上記周波数分布のヒストリを位相補償する周波数領域補償回路と、周波数領域補償回路の出力である、位相補償後の周波数分布を逆フーリエ変換して、目標の時間に対する二次の距離変化を補償したレンジヒストリを出力するＩＦＦＴ手段と、から構成されているので、目標の加速度が大きくレンジヒストリ上の各反射点の軌跡が曲線で表される場合等においても、レンジや位相の補償量を正しく推定し、ＩＳＡＲ画像を結像させることができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１によるレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図２】 本発明の実施の形態１によるレーダ装置の処理を説明するためのグラフである。
【図３】 本発明の実施の形態２によるレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図４】 本発明の実施の形態２によるレーダ装置の処理を説明するためのグラフである。
【図５】 本発明の実施の形態３によるレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図６】 本発明の実施の形態４によるレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図７】 本発明の実施の形態４によるレーダ装置内に設けられた逐次位相補償量算出手段の構成を示すブロック図である。
【図８】 本発明の実施の形態４によるレーダ装置の処理を説明するためのグラフである。
【図９】 本発明の実施の形態５によるレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図１０】 本発明の実施の形態５によるレーダ装置内に設けられた最小二乗型位相補償量推定回路の構成を示すブロック図である。
【図１１】 本発明の実施の形態５によるレーダ装置の処理を説明するためのグラフである。
【図１２】 従来のレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図１３】 従来のレーダ装置内に設けられたレンジ補償回路の構成を示すブロック図である。
【図１４】 従来のレーダ装置内に設けられた位相補償回路の構成を示すブロック図である。
【図１５】 回転運動を行う目標を観測するジオメトリである。
【図１６】 ＩＳＡＲ画像の一例である。
【図１７】 並進運動を行う目標を観測するジオメトリである。
【図１８】 レンジヒストリの最大振幅検出結果の一例を示したグラフである。
【図１９】 レンジ補償処理を施した後のレンジプロフィールにおける最大振幅検出結果のヒストリの一例を示したグラフである。
【図２０】 移動量推定回路の動作を説明する図である。
【図２１】 短時間フーリエ変換回路の処理内容を説明する図である。
【図２２】 ドップラーヒストリの最大振幅検出結果の一例を示したグラフである。
【符号の説明】
１ 総和手段、２ 位相−距離変換手段、３ 周波数領域補償回路、４ ＦＦＴ手段、５ ＩＦＦＴ手段、６ 高次レンジ補償回路、１１ 切出手段、４１ 逐次位相補償量算出手段、４２ 参照データ位相補償手段、４３ 二次位相量蓄積手段、４４ 二次補償量総和手段、４５ フーリエ変換点数制御手段、５１ 最小二乗型位相補償量推定回路、５２ 一次位相補償回路、５３ 位相アンラップ回路、５４ 最小二乗法回路、５５ 高次位相−距離変換手段、５０１ 送信機、５０２ 送受切換器、５０３ 送受信アンテナ、５０４ 受信機、５０５ レンジ圧縮手段、５０６ レンジ補償回路、５０８ アジマス圧縮手段、５０９モニタ・テレビ、５１３ 移動量推定回路、５１７ 短時間フーリエ変換回路、５１８ 位相補償量算出回路、５１９ 位相補償手段。
【発明の属する技術分野】
この発明は、観測すべき移動する目標に対して電波を送信してその目標からの反射波を受信して目標の画像を得るためのレーダ装置に関し、特に、移動目標とレーダ装置との間の相対位置関係の変化に基づく反射信号の変化、及び、送信周波数の変化に基づく反射信号の変化を補償する補償回路を有するレーダ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種のレーダ装置は、一般に高分解能レーダ装置と呼ばれ、例えば、Donald R. Wehner,''High Resolution Radar'',Artech House, INC.1987,pp.273-339に記載されているＩＳＡＲ(Inverse Synthetic Aperture Radar)、及び、特開平１０−２６８０４１号公報に記載のものがある。
【０００３】
図１２は、上記公報に示された従来のレーダ装置を示すブロック構成図である。図において、５０１は送信機、５０２は送受切換器、５０３は送受信アンテナ、５０４は受信機、５０５はレンジ圧縮手段、５０６はレンジ補償回路、５０７は位相補償回路、５０８はアジマス圧縮手段、５０９はモニタ・テレビ（以下、モニタＴＶと呼ぶ）である。
【０００４】
図１３は、図１２の従来のレーダ装置のブロック構成図におけるレンジ補償回路５０６の内部構成を記した構成図である。図において、５１０は振幅検出手段、５１１は二次元ＦＦＴ手段、５１２は画像線積分手段、５１３はこれらの構成要素５１０〜５１２からなる移動量推定回路、５１４はレンジ移動量算出手段、５１５はレンジ補償手段である。
【０００５】
図１４は、図１２の従来のレーダ装置のブロック構成図における位相補償回路５０７の内部構成を記した構成図である。図において、５１６は参照レンジセル選択回路、５１７は短時間フーリエ変換回路、５１８は位相補償量算出手段、５１９は位相補償手段である。なお、５１３は、上述した図１３の移動量推定回路と同一である。
【０００６】
また、図１５は、回転運動を行なう目標を観測するジオメトリである。図において、５５０は目標、５５１は図１２の従来のレーダ装置である。また、図１６は、図１５のジオメトリで観測した結果得られたＩＳＡＲ画像の一例である。図１６において、５５２は目標５５０のＩＳＡＲ画像である。
【０００７】
図１７は、並進運動を行なう目標を観測するジオメトリである。図において、５５０及び５５１は、図１５のそれと、それぞれ同一である。
【０００８】
次に、これらの図を用いて、上記従来のレーダ装置の動作原理について説明する。まず、ＩＳＡＲの画像再生の原理について説明する。図１５に示す通り、ｘ−ｙ平面の原点に設置されたレーダ装置５５１で、レンジｒ０の点ｏを通り紙面に垂直な軸を中心に角速度ωで反時計周りで回転する目標５５０を観測するジオメトリを考える。まず、図１２に示す構成のレーダ装置５５１において、送信機５０１では、時間とともに周波数が変化する信号（チャープ信号）に変調された高周波パルスを発生し、送受切換器５０２を介して送受信アンテナ５０３に供給する。送受信アンテナ５０３は、供給された高周波パルスを送信する。
【０００９】
送信した高周波パルスは目標５５０で反射され、この反射された信号（エコー）は、送受信アンテナ５０３に入り、送受切換器５０２を介して受信機５０４で復調される。受信機５０４で復調された信号は、送信信号の瞬時周波数に対しレーダ装置５５１と目標５５０の間の電波伝搬の往復に要する時間分遅延したものであるから、レンジ圧縮手段５０５において、送信信号ｓ（ｔ）を用いて受信信号ｒ（ｔ）にマッチドフィルターをかけること、すなわち、次式（１）に示すように、送信信号ｓ（ｔ）の共役信号ｓ*（ｔ）と受信信号ｒ（ｔ）とのコンボリューションを求めることにより、遅延に相当した時間にインパルスｖ（ｔ）（以下では、レンジプロフィールと呼ぶ。）を得ることができる。このことにより、レンジ分解能が向上する。
【００１０】
【数１】
レーダ装置５５１が送信を繰り返すごとに上記レンジ圧縮された信号が得られるから、レーダ装置５５１の送信ごと、即ち、ヒットごとにレンジ圧縮された信号をまとめることにより、レンジｒとヒットｈを軸とする二次元複素信号ｖ（ｈ、ｒ）（以下では、レンジヒストリと呼ぶ。）が得られる。尚、レンジｒと時間ｔの間には、ｒ＝（Δｒ／Δｔ）・ｔなる関係がある。ここで、Δｔはサンプリング間隔（＝１／Ｂ、Ｂは送信帯域）、Δｒはレンジ分解能（＝Ｃ／２Ｂ、Ｃは光速）である。
【００１２】
目標５５０が図１７に示すような運動、すなわち、並進運動を行なう場合には、レーダ装置５５１から目標５５０までの距離の変化の影響を補償することにより、並進運動を行なう目標５５０を、等価的に、図１５に示すような回転運動を行なう目標５５０とみなすことができる。この点については、後で述べる。
【００１３】
レーダ装置５５１と目標５５０の間の距離の変化を補償するレンジ補償回路５０６、及び、位相補償回路５０７の動作は後述することにし、以下では、目標５５０が図１５に示すような回転運動を行なうもの、もしくは、なんらかの方法で、レーダ装置５５１から目標５５０までの距離の変化の影響を補償されたものとして説明する。
【００１４】
アジマス圧縮手段５０８では、レンジヒストリｖ（ｈ、ｒ）を、式（２）に従って、各レンジごとに、ヒット方向にフーリエ変換することにより、レンジ及びアジマスの両方について圧縮された複素信号ｕ（ｃ、ｒ）を得る。ここに、ｃはアジマス方向を示す。
【００１５】
【数２】
上式（２）で、Ｈはヒット数、Ｒはレンジセル数である。この処理は、アジマス方向の分解能を改善する効果がある。以下、この原理を説明する。
【００１７】
図１５に示す運動を行なう目標５５０上のある部位（例えば点ａ）で反射した信号のドップラー周波数ｆｄは次の式で表される。
【００１８】
【数３】
ここに、λは送信波長、Ｌは反射を生じた部位の回転半径、θは観測の基準となるＬＯＳ（Ｌｉｎｅ Ｏｆ Ｓｉｇｈｔ、ｘ−ｙ平面の原点と、レンジｒ０の点ｏを結ぶ直線）を基準としたときの目標物５５０の（中心線との）角度を示している。
【００２０】
目標５５０が図１７に示すような並進運動を行なう場合には、上述の角度θはｔ＝ｔ０〜ｔ２に変わるにつれて変化することになる。このことから、レーダ装置５５１から目標５５０までの距離の変化の影響を補償すれば、並進運動を行なう目標５５０を、等価的に角度θが変化する回転運動を行なう目標５５０とみなすことができることがわかる。
【００２１】
また、上式（３）からわかるように、同じ角度θ上の点では、回転軸からの距離Ｌに比例して、目標５５０上のそれぞれの部位からの反射信号のドップラー周波数が変わるという特性を有する。
【００２２】
図１２に示したレンジ圧縮手段５０５とアジマス圧縮手段５０８により、レンジ及びアジマスの両方について分解能が向上した複素信号ｕ（ｃ、ｒ）は、その絶対値が目標のレーダ反射断面積に対応するから、モニタＴＶ５０９上のレンジｒ及びアジマスｃの二次元平面にｕ（ｃ、ｒ）の絶対値またはその二乗に応じた輝度で表示を行なうことにより、図１６に示すような、レンジとアジマスの両方について高分解能化された目標のＩＳＡＲ画像５５２を表示することができる。
【００２３】
ここで、図１６の画像５５２上で、例えば、ａ点は、目標５５０上で、レーダ装置５５１に近い位置にあるので、レンジが小さく、かつ、回転運動によりレーダ装置５５１から遠ざかる運動をしているので、ドップラー周波数が小さくなっている。
【００２４】
次に、上記説明で省略した、目標の並進運動の影響を補償する処理について説明する。観測時間内のｔ０，ｔ１，ｔ２という時間において、並進運動により、図１７のように位置が変化する目標５５０のＩＳＡＲ画像を生成する場合、各ヒットごとに得られたレンジヒストリｖ（ｈ，ｒ）をそのままヒット方向にフーリエ変換するだけでは、目標５５０上の各点（例えば点ａ）が観測時間中にレンジ方向に移動するため、レンジ及びアジマス方向にきちんと圧縮されず、結果として画像にぼけが生じてしまうのは、上式（２）において、各レンジごとにフーリエ変換を行なうというその処理内容より明らかである。
【００２５】
従って、ぼけのない鮮明な画像を得るためには、目標５５０上の各々の点を観測時間中、同一レンジセル内に固定するための補償処理を必要とする。この処理をレンジ補償処理と呼ぶ。
【００２６】
レンジ補償処理を行なうレンジ補償回路５０６（図１３）の処理内容について説明する。目標５５０が図１７に示す運動を行う場合について考える。ここで、電波の反射をする点は、図中ａ、ｂ、ｃの三点のみとし、このうち、ｂ点とｃ点は常に同じレンジセルにあるものとする。
【００２７】
レンジヒストリｖ（ｈ，ｒ）に対して、各ヒットｈごとに振幅最大レンジセルの検出を行った結果の例が図１８のグラフである。図１８中、太実線で示した部分が、各ヒットのレンジプロフィールで振幅が最大となるレンジセルを示しているものとする。ａ、ｂ、ｃは同一目標５５０上の点であり、実際は、図中の点線に示されるように、同じ変化率でレンジが変化しているはずであるが、見込み角の変化に従う各点のレーダ断面積の変化や、同一レンジセル内に複数の反射点が存在する場合の干渉などの影響で、観測時間中に各点の存在するレンジセルの振幅が変動するため、振幅最大レンジセルの位置の変化に不連続な部分が発生するため、振幅最大レンジセルの追尾から、全ヒットHでの目標のレンジ移動量Sｒを推定して、図１９に示すように各反射点のレンジ移動を補償するのは困難になる。
【００２８】
ここで、各反射点は同一の目標５５０上の点であることから、レンジヒストリ上の各反射点の軌跡のレンジの変化は近似的に等しく、かつ、目標の加速度が十分小さい場合、各軌跡は近似的に直線とみなせる。すなわち、レンジヒストリの上の各反射点の軌跡から、目標５５０のレンジ移動量を推定する問題は、図２０（ａ）に示すｘ−ｙ二次元画像ｇ（ｘ，ｙ）（ｘ＝０，１，…，Ｎｘ−１，ｙ＝０，１，…，Ｎｙ−１）上の同じ傾き（Ｓｙ／Ｎｘ）の複数の直線の傾き推定問題に帰着される。ここで、Ｎｘは、ｘ方向のセル数（画素数）であり、Ｎｙは、ｙ方向の画素数である。二次元平面上の傾きｇｒの任意の直線は、空間周波数平面上では、原点を通り、傾きが−１／ｇｒの直線に投影されることを考慮すると、ｇ（ｘ，ｙ）上のｙ方向の総移動量がＳｙの直線は、ｇ（ｘ，ｙ）空間周波数画像であるG（ｆｘ，ｆｙ）上では、図２０（ｂ）に示すように、原点を通り、ｆｘ方向の移動量Ｓｆｘが次式（４）で与えられる直線となる。
【００２９】
【数４】
ただし、空間周波数画像Ｇ（ｆｘ，ｆｙ）におけるｆｘ，ｆｙ方向の空間周波数の分解能が１／Ｎｘ，１／Ｎｙで与えられることを考慮している。図１３の移動量推定回路５１３では、入力してきたｘ−ｙ二次元画像の振幅分布を振幅検出手段５１０で算出し、この出力を二次元ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）手段５１１でフーリエ変換し、空間周波数画像Ｇ（ｆｘ，ｆｙ）を得る。よって、レンジヒストリを二次元平面とみなした場合の空間周波数平面上の原点を通り、ｆｘ方向の移動量が異なる複数の直線を仮定し、各直線に沿って線積分した場合、G（ｆｘ、ｆｙ）上の軌跡と積分経路が一致した時に、積分値が最大になることから、次に、画像線積分手段５１２で、空間周波数画像G（ｆｘ，ｆｙ）の線積分を行い、積分値を最大とするｆｘ方向移動量を用いて式（４）より画像ｆ（ｘ，ｙ）上の軌跡のｙ方向の総移動量Ｓｙを得る。移動量推定回路５１３では、この値を出力する。移動量推定回路５１３にレンジヒストリが入力された場合には、出力Ｓｙが、レンジヒストリ上の各軌跡の総レンジ移動量Ｓｒに対応する。レンジ移動量算出手段５１４では、各ヒットｈにおけるレンジ移動量ｓr（ｈ）を次式（５）で得る。
【００３１】
【数５】
レンジ補償手段５１５では、上式（５）で得られたレンジ移動量ｓｒ（ｈ）を打ち消すように、各ヒットｈにおけるレンジヒストリｖ（ｈ、ｒ）をレンジ方向に補償する。具体的には、レンジ移動量ｓｒ（ｈ）を整数に四捨五入して、その値を打ち消すようにレンジプロフィールをレンジセル単位で平行移動させる。なお、得られたレンジ補償後のレンジヒストリｖ２（ｈ、ｒ）とする。レンジ補償後のレンジヒストリｖ２（ｈ、ｒ）で、各ヒットごとに、レンジプロフィールの振幅が最大となるレンジセルを検出した結果は、図１９に示すようにそれぞれの点の反射信号が同一レンジセルに並ぶ。
【００３３】
上記レンジ補償処理により、観測時間中の各点のレンジセルを超えた距離変化については除去することができたが、レンジセル内の距離変化については除去できていない。一般に、目標が加速運動、旋回運動をする時は勿論の事、等速直線運動を行なう場合でも、進行方向がＬＯＳ軸に沿った方向で無い限り、その距離変化は、線形な成分に加えて、非線形な加速度成分も含む。このうちの加速度成分の影響で、各点よりの反射信号のドップラー周波数（アジマス）に広がりが生じるため、結果として生成した画像がアジマス方向にぼけてしまう。上記加速度成分の影響を除去するための補償処理が位相補償処理である。ここで、各反射点は同一目標に属することから、そのドップラー周波数の移動量は等しく、かつ、旋回中の目標５５０以外では、時間に関する一次の変化と近似的にみなすことができる。
【００３４】
以下では、この位相補償処理を行なう位相補償回路５０７（図１４）の処理内容について説明する。並進運動に伴う上記加速度成分は、すべてのレンジセルに対してほぼ等しく加わるため、ある一つのレンジセルに着目して、そのレンジセルに加わる加速度成分を推定し、その推定結果を用いて、すべてのレンジセルの位相補償を行なう。
【００３５】
参照レンジセル選択回路５１６では、レンジ補償後のレンジヒストリｖ２（ｈ，ｒ）の各レンジrにおける平均電力を算出し、その値を最大とするレンジセルを参照レンジセルとして、そのレンジセルの受信信号列ｗ（ｈ）を出力する。例えば、図１７のジオメトリの例では、点ｂ、ｃを含むレンジセルが参照レンジセルとして選択されたものとする。
【００３６】
次に、短時間フーリエ変換回路５１７では、次式（６）に従い、図２１に示した参照レンジセルの受信信号列ｗ（ｈ）５５３を長さΔｈで短時間フーリエ変換してドップラースペクトル（周波数スペクトル）のヒストリ（以下では、ドップラーヒストリと呼ぶ）ｆｓ（ｈ’，ｆ）５５４を求める。
【００３７】
【数６】
各ヒットごとの見込み角の変化に従うレーダ断面積の変化のため、振幅最大周波数の位置が変動すること、および、周波数の折り返しの影響で、その位置の変化に不連続な部分が発生して、最大反射点の追尾でドップラー移動量を推定するのは困難となるため、移動量推定回路５１３では、レンジ補償の場合と同様に、周波数ヒストリ５５４を二次元画像とみなして入力信号とし、ドップラー総移動量Ｓｆを得る。
【００３９】
位相補償量算出手段５１８では、次式（７）に従い、位相補償量ｐｈ（ｈ）を計算する。
【００４０】
【数７】
位相補償手段５１９では、位相補償量算出手段５１８で得られた位相補償量ｐｈ（ｈ）を用いて、式（８）により、レンジ補償後のレンジヒストリｖ２（ｈ，ｒ）の位相補償を行ない、最終的なレンジヒストリｖＬ（ｈ，ｒ）を得る。
【００４２】
【数８】
以上の処理を経る事により、図１７に示すような並進運動を行なう目標５５０に関して、目標５５０上の各点のレンジセルを超える移動、及び、位相の二次の変動を補償することができるため、並進運動を伴わず、回転運動のみを行なう目標５５０と同様に鮮明な高分解能画像が得られる。なお、図２２は、ドップラーヒストリの最大振幅検出結果の一例である。
【００４４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のレーダ装置においては、目標５５０の加速度が大きく、レンジヒストリ上の各反射点の軌跡が曲線で表される場合には、正しくレンジ補償を行えず、そのために、ＩＳＡＲ画像が結像しないという問題点があった。
【００４５】
また、目標５５０の加速度が大きい場合には、ドップラーヒストリ上の各反射点の軌跡の幅が広くなってしまい、これに伴う位相補償量推定誤差が発生し、ＩＳＡＲ画像が結像しないという問題点があった。
【００４６】
この発明は、かかる問題点を解決するためになされたもので、目標の加速度が大きくレンジヒストリ上の各反射点の軌跡が曲線で表される場合や、同じく、目標の加速度が大きく、ドップラーヒストリ上の各反射点の軌跡の幅が広くなった場合においても、レンジや位相の補償量を正しく推定し、ＩＳＡＲ画像を結像させることができるレーダ装置を得ることを目的としている。
【００４７】
【課題を解決するための手段】
この発明は、移動する目標に対して電波を送信し、目標からの反射波を受信して、目標の画像を得るレーダ装置であって、受信した反射波から得られる受信信号をレンジ圧縮してレンジヒストリを生成するレンジ圧縮手段と、受信信号のドップラーヒストリを生成する短時間フーリエ変換手段と、ドップラーヒストリから、受信信号のドップラー移動量を推定する移動量推定手段と、ドップラー移動量に基づいて当該移動を除去するための位相補償量を算出する位相補償量算出手段と、位相補償量算出手段から出力された位相補償量を目標の時間に対する二次のレンジ変化に変換する位相−距離変換手段と、位相−距離変換手段の出力である上記目標の二次のレンジ変化を除去するための補償を行う高次レンジ補償手段とを備えたレーダ装置である。
【００４８】
また、移動する目標に対して電波を送信する送信手段と、目標からの反射波を受信する受信手段と、受信された反射波から得られる受信信号列をレンジ圧縮してヒットとレンジに関するレンジヒストリを得るレンジ圧縮手段と、レンジヒストリを各ヒットごとにレンジに関して総和して参照データ列を生成する総和手段と、参照データ列を短時間フーリエ変換して、ドップラーヒストリを生成する短時間フーリエ変換回路と、ドップラーヒストリ上の各反射点の軌跡からドップラー移動量を抽出する移動量推定回路と、ドップラー移動量に基づいて、目標の距離の移動を除去するために、レンジヒストリの位相補償を行う際の補償量を算出する位相補償量算出手段と、ドップラー移動量から、ドップラー移動量に対応する目標の時間に対する二次の距離変化を算出する位相−距離変換手段と、レンジヒストリ上の各反射点の軌跡の時間に関する二次の距離変化を補償する高次レンジ補償回路と、高次レンジ補償回路の出力であるレンジ補償後のレンジヒストリにおいて、各反射点の時間に対する一次のレンジ移動成分を推定して補償するレンジ補償回路と、レンジ補償回路の出力である各反射点の一次及び二次以上の高次のレンジ補償を完了したレンジヒストリを位相補償量算出手段の出力である位相補償量で補償する位相補償手段と、位相補償手段の出力である、すべてのレンジ補償及び位相補償の完了したレンジヒストリをアジマス圧縮し、目標の画像を生成するアジマス圧縮手段と、を備えている。
【００４９】
また、移動する目標に対して電波を送信する送信手段と、目標からの反射波を受信する受信手段と、受信された反射波から得られる受信信号列をレンジ圧縮してヒットとレンジに関するレンジヒストリを得るレンジ圧縮手段と、レンジ圧縮で得られるレンジヒストリ上の各反射点のレンジ移動成分のうちの時間に対する一次の変化成分を推定して補償するレンジ補償回路と、レンジ補償回路の出力であるレンジ補償後のレンジヒストリから、所定のレンジ範囲のデータ列を切り出す切出手段と、切出手段の出力である切り出し後のレンジヒストリを各ヒットごとにレンジ方向に総和して参照データ列を生成する総和手段と、参照データ列を短時間フーリエ変換して、ドップラーヒストリを生成する短時間フーリエ変換回路と、ドップラーヒストリ上の各反射点の軌跡からドップラー移動量を抽出する移動量推定回路と、移動量推定回路の出力であるドップラー移動量に基づいて、目標の距離の移動を除去するためにレンジヒストリの位相補償を行う際の補償量を算出する位相補償量算出手段と、ドップラー移動量から、ドップラー移動量に対応する目標の時間に対する二次の距離変化を算出する位相−距離変換手段と、レンジヒストリ上の各反射点の軌跡の時間に関する二次の距離変化を補償する高次レンジ補償回路と、高次レンジ補償回路の出力である高次レンジ補償後のレンジヒストリを、位相補償量算出手段の出力である位相補償量で補償する位相補償手段と、位相補償手段の出力である、すべてのレンジ補償及び位相補償の完了したレンジヒストリをアジマス圧縮し、目標の画像を生成するアジマス圧縮手段と、を備えている。
【００５０】
また、位相補償手段の後段に、レンジヒストリ上の各反射点のレンジ移動成分のうちの時間に対する一次の変化成分を推定して補償する第二のレンジ補償回路を、さらに備えている。
【００５１】
また、移動する目標に対して電波を送信する送信手段と、目標からの反射波を受信する受信手段と、受信された反射波から得られる受信信号列をレンジ圧縮してヒットとレンジに関するレンジヒストリを得るレンジ圧縮手段と、レンジヒストリを各ヒットごとにレンジに関して総和して参照データ列を生成する総和手段と、参照データ列のドップラー移動量と、ドップラー移動量に基づく位相補償量とを、短時間フーリエ変換の点数を逐次的に変化させることにより推定する逐次位相補償量算出手段と、受信信号のドップラー移動量から、ドップラー移動量に対応する目標の時間に対する二次の距離変化を算出する位相−距離変換手段と、レンジヒストリ上の各反射点の軌跡の時間に関する二次の距離変化を補償する高次レンジ補償回路と、高次レンジ補償回路の出力である二次レンジ補償後のレンジヒストリにおいて、各反射点の時間に対する一次の距離変化成分を推定して補償するレンジ補償回路と、レンジ補償回路の出力である各反射点の一次及び二次以上の高次のレンジ補償を完了したレンジヒストリを逐次位相補償量算出手段の出力である位相補償量で補償する位相補償手段と、位相補償手段の出力である、レンジ補償及び位相補償の完了したレンジヒストリをアジマス圧縮して上記目標の画像を生成するアジマス圧縮手段と、を備えている。
【００５２】
また、逐次位相量算出手段が、総和手段の出力である参照データ列のドップラーヒストリを生成する短時間フーリエ変換回路と、ドップラーヒストリ上の各反射点の軌跡からドップラー移動量を抽出する移動量推定回路と、移動量推定回路の出力であるドップラー移動量に基づいて、目標の距離の移動を除去するためにレンジヒストリの位相補償を行う際の補償量を算出する位相補償量算出手段と、参照データ列を位相補償量算出手段で得られた位相補償量で位相補償して、再び短時間フーリエ変換回路に戻す参照データ位相補償手段と、参照データ位相補償手段の処理を終えるごとに、短時間フーリエ変換の点数を増やすように制御するフーリエ変換点数制御手段と、各処理のループごとに得られる位相補償量を蓄積する二次位相量蓄積手段と、二次位相量蓄積手段に蓄積された各位相補償量を各ヒットごとに総和して、出力する二次補償量総和手段と、から構成されている。
【００５３】
また、目標に対して電波を送信する送信手段と、目標からの反射波を受信する受信手段と、受信された反射波から得られた受信信号列をレンジ圧縮してヒットとレンジに関するレンジヒストリを得るレンジ圧縮手段と、レンジヒストリを各ヒットごとにレンジに関して総和して参照データ列を生成する総和手段と、参照データ列の位相に最小二乗法を適用して、二次以上の高次の高次の位相成分を推定する最小二乗型位相補償量推定回路と、最小二乗型位相補償量推定回路で得られた受信信号の時間に対する二次以上の高次の高次の位相成分を基に、目標のレンジ移動の時間に対する二次以上の高次の成分を推定する高次位相−距離変換手段と、レンジヒストリ上の各反射点の軌跡の時間に関する高次の距離変化を補償する高次レンジ補償回路と、高次レンジ補償回路の出力である高次レンジ補償後のレンジヒストリにおいて、各反射点の時間に対する一次の距離変化成分を推定して補償するレンジ補償回路と、レンジ補償回路の出力である各反射点の一次及び二次以上の高次のレンジ補償を完了したレンジヒストリを最小二乗型位相補償量推定回路の出力である位相補償量で補償する位相補償手段と、位相補償手段の出力である、レンジ補償及び位相補償の完了したレンジヒストリをアジマス圧縮し上記目標の画像を生成するアジマス圧縮手段と、を備えている。
【００５４】
また、最小二乗型位相補償量推定回路が、総和手段の出力である参照データ列のドップラースペクトルの最大値をとる周波数の値から、一次の位相成分を推定してこれに基づき参照データ列の位相の一次成分を補償する一次位相補償回路と、位相の一次成分を除去した後の参照データ列の位相の２πごとの折り返しをアンラップする位相アンラップ回路と、位相アンラップ後の参照データ列の位相に最小二乗法を適用して、二次以上の高次の位相成分を推定する最小二乗法回路と、から構成されている。
【００５５】
また、高次レンジ補償回路が、レンジ圧縮手段及びレンジ補償回路のいずれか一方の出力であるレンジヒストリのレンジに関する周波数分布のヒストリを算出するＦＦＴ手段と、位相−距離変換手段及び高次位相−距離変換手段のいずれか一方の出力である目標の時間に対する二次の距離変化を打ち消すために上記周波数分布のヒストリを位相補償する周波数領域補償回路と、周波数領域補償回路の出力である、位相補償後の周波数分布を逆フーリエ変換して、目標の時間に対する二次の距離変化を補償したレンジヒストリを出力するＩＦＦＴ手段と、から構成されている。
【００５６】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１によるレーダ装置の構成を示す構成図である。本発明のレーダ装置は例えば合成開口レーダ装置等から構成される。図１に示すように本実施の形態によるレーダ装置は、目標（図１５または図１７の５５０参照）に対して電波を送信する送信手段である送信機５０１と、目標５５０からの反射波を受信する受信手段である受信機５０４と、送信機５０１及び受信機５０４の切り換えを行う送受切換器５０２と、電波の送受信を行う送受信アンテナ５０３と、受信された反射波から得られた受信信号列をレンジ圧縮してヒットとレンジに関するレンジプロフィールのヒストリ（以下、レンジヒストリ）を得るレンジ圧縮手段５０５と、レンジヒストリを各ヒットごとにレンジに関して総和して参照データ列を生成する総和手段１と、参照データ列を短時間フーリエ変換して、ドップラースペクトルのヒストリー（以下、ドップラーヒストリ）を生成する短時間フーリエ変換回路５１７と、ドップラーヒストリ上の各反射点の軌跡からドップラー移動量を抽出する移動量推定回路５１３と、移動量推定回路５１３の出力であるドップラー移動量に基づいて、この移動を除去するためにレンジヒストリの位相補償を行う際の補償量を算出する位相補償量算出手段５１８と、受信信号のドップラー移動量から、これに対応する目標５５０の時間に対する二次の距離変化を算出する位相−距離変換手段２と、レンジヒストリ上の各反射点の軌跡の時間に関する二次の距離変化を補償する高次レンジ補償回路６と、高次レンジ補償回路６の出力であるレンジ補償後のレンジヒストリにおいて、各反射点の時間に対する一次のレンジ移動成分を推定して補償するレンジ補償回路５０６と、レンジ補償回路の出力である各反射点の一次及び二次以上の高次のレンジ補償を完了したレンジヒストリを位相補償量算出手段５１８の出力である位相補償量で補償する位相補償手段５１９と、位相補償手段の出力である、すべてのレンジ補償、位相補償の完了したレンジヒストリをアジマス圧縮し目標５５０の画像を生成するアジマス圧縮手段５０８と、目標５５０の画像を表示するモニタＴＶ５０９とを有している。
【００５７】
また、高次レンジ補償回路６は、図１に示すように、レンジ圧縮手段５０５の出力であるレンジヒストリのレンジに関する周波数分布のヒストリを算出するＦＦＴ手段４と、位相−距離変換手段２の出力である目標５５０の時間に対する二次の距離変化を打ち消すために周波数分布のヒストリを位相補償する周波数領域補償回路３と、周波数領域補償回路３の出力である、位相補償後の周波数分布を逆フーリエ変換して、目標５５０の時間に対する二次の距離変化を補償したレンジヒストリを出力するＩＦＦＴ手段５から構成されている。図２は、本実施の形態による図１のレーダ装置の処理を説明する図である。なお、本実施の形態におけるジオメトリは、上述の図１５または図１７を参照することとする。
【００５８】
図１及び図２を用いて、本実施の形態の動作を説明する。５０１〜５０５までの動作は、上述の図１２と同様であるため、ここでは説明を省略する。図２（ａ）は、レンジヒストリｖ（ｈ，ｒ）を示している。図中の線は、各ヒットにおける目標５５０上の反射点の軌跡を表しており、目標５５０の加速度が大きいことを想定して、その軌跡を二次曲線で表している。本実施の形態では、各反射点の軌跡がこのように二次曲線で表されるような目標５５０の加速度が大きい場合において、各ヒットにおけるレンジ移動量を推定して、これを補償するための方式を提案する。
【００５９】
ここで、時間に対する二次の距離変化成分は、受信信号では、二次の位相変化成分として表され、これは、ドップラー周波数の一次変化として現れる。そこで、受信信号のドップラー周波数の一次変化を推定することで、距離の二次の変化成分を推定できる。これを行うために、まず、総和手段1では、次式（９）に従い、レンジヒストリｖ（ｈ、ｒ）をレンジ方向に総和し、参照データ列ｗ（ｈ）を得る。
【００６０】
【数９】
得られたｗ（ｈ）には、レンジヒストリ上の全受信信号成分が含まれている。これに対して、短時間フーリエ変換回路５１７で、上述した従来のレーダ装置と同様に点数Δｈの短時間フーリエ変換を行い、図２（ｂ）のように得られたドップラーヒストリｆｓ（ｈ’，ｆ）を、移動量推定回路５１３に入力してドップラー移動量Ｓｆを得る。位相補償量算出手段５１８では、式（７）で、上述した従来のレーダ装置と同様に、位相補償量ｐｈ（ｈ）を推定すると共に、式（７）中に含まれている次式（１０）で示される係数aをヒットｈ＝０，１，２，…を時間とみなした場合のドップラー周波数の変化率として出力する。
【００６２】
【数１０】
さて、各ヒットにおけるドップラー周波数ｆｄ（ｈ）（ｈ＝０，１，…，Ｈ−１）は定数項を無視すると次式（１１）で表せる。
【００６４】
【数１１】
よって、一次のドップラー周波数変化に対応した各ヒットごとの位相変化φｄ（ｈ）は次式で表される。
【００６６】
【数１２】
一方、受信信号の各ヒットにおける位相φ（ｈ）とレーダからの距離ｒ（ｈ）の関係は、送信信号の初期位相を０[rad]とすると次式（１３）で与えられる。
【００６８】
【数１３】
ただし、λは送信波証、ｒn（ｈ）（ｎ＝０，１，２，…）はヒットに対するn次の距離変化成分、φn（ｈ）（ｎ＝０，１，２，…）は、ｒn（ｈ）に対応した位相成分を表す。式（１３）中の二次の位相成分φ2（ｈ）が、ドップラー変化率ａより定まる式（１２）の位相変化成分φd(h)と等しいことから、目標の二次の距離変化成分ｒ2（ｈ）は、次式（１４）で表される。
【００７０】
【数１４】
よって、各ヒットｈにおける、レンジ分解能Δ[m]で正規化したレンジ補償量Δｒ（ｈ）（ｈ＝０，１，…，Ｈ−１）は次式（１５）で与えられる。
【００７２】
【数１５】
位相−距離変換手段２では、以上の処理に基づき、レンジ分解能で正規化した、レンジ補償量Δｒ（ｈ）を得る。さて、以上得られたレンジ補償量Δｒ（ｈ）を用いて、レンジヒストリのレンジ補償を行えるが、具体的な補償方式が問題となる。レンジ補償の一つの方式として、上述した従来のレーダ装置と同様に、上記レンジ補償量Δｒ（ｈ）を各ヒットごとに整数値に離散化して、その値だけ、レンジプロフィールをレンジ方向にレンジセル単位で平行移動する方式が考えられる。しかし、この方式では、離散化の影響で、アジマス圧縮後のドップラー周波数方向に虚像が発生する問題がある。そこで、ここでは、レンジヒストリを各ヒットごとに、まずレンジ方向にフーリエ変換し、得られた空間周波数分布のヒストリの位相補償を行うことで、整数値以下のレンジ補償を行う。
【００７４】
まず、高次レンジ補償回路６内のＦＦＴ手段４では、次式（１６）により、各ヒットｈにおける空間周波数分布Ｕ（ｈ，ｋ）を得る。
【００７５】
【数１６】
ここで、周波数分布を直流成分を中心として取り扱うために、次式（１７）の関数を導入する。
【００７７】
【数１７】
周波数領域補償回路３では、位相−距離変換手段２の出力である、レンジ分解能で正規化したレンジ補償量Δｒ（ｈ）、及び、ＦＦＴ手段４の出力である空間周波数分布のヒストリＵ（ｈ，ｋ）を用いて次式（１８）で位相補償を行い、位相補償後の空間周波数分布のヒストリＵ２（ｈ，ｋ）を得る。
【００７９】
【数１８】
ＩＦＦＴ手段５では、得られたＵ２（ｈ，ｋ）を次式（１９）により、各ヒットごとに逆フーリエ変換して、二次のレンジ補償を行う。
【００８１】
【数１９】
得られたｖ２（ｈ，ｒ）が、二次のレンジ移動成分を除去した後のレンジヒストリである。
【００８３】
さて、以上の処理により、目標５５０の加速度成分に伴う２次のレンジ移動成分は除去されたので、得られたレンジヒストリｖ２（ｈ，ｒ）上の各反射点の軌跡は、図２（ｃ）に示すように直線になる。
【００８４】
よって、以下からは上述した従来のレーダ装置と同様の処理を行えば良い。まず、レンジ補償回路５０６では、従来のレーダ装置と同じ方式で、レンジ補償を行う。位相補償手段５１９では、レンジ補償回路５０６でレンジ補償されたあとのレンジヒストリと、先に、位相補償量算出手段５１８で得られた位相補償量ｐｈ（ｈ）とを用いて、従来のレーダ装置と同様に位相補償を行い、アジマス圧縮手段５０８では、位相補償手段５１９で得られた位相補償後のレンジヒストリのアジマス圧縮を行い、ＩＳＡＲ画像を得る。最後に、得られた結果をモニタＴＶ５０９に表示する。
【００８５】
以上のように、本実施の形態においては、まず、目標の加速度が大きく、レンジヒストリ上の各反射点の軌跡が曲線で表される場合においても、ドップラー周波数の時間変化を用いることで、レンジヒストリ上の各軌跡の二次の変化の補償が可能になり、ＩＳＡＲ画像の分解能劣化を防ぐことができる。また、レンジ補償をレンジヒストリの各ヒットにおける空間周波数分布の位相補償により行うので、レンジ分解能で離散化されたレンジ補償を行う場合に比べて、ＩＳＡＲ画像上のアジマス方向の虚像の発生を除去できるため、鮮明な画像を得ることができる。
【００８６】
実施の形態２．
図３は、本実施の形態によるレーダ装置の構成を示す図である。図において、１１は、レンジ補償後のレンジヒストリからある所定のレンジ範囲のデータ列を切り出すための切出手段である。本実施の形態と上述した実施の形態１との相違点は、主に、実施の形態１では高次レンジ補償回路６の後段に設けられていたレンジ補償回路５０６が、高次レンジ補償回路６の前段に設けられていることと、総和手段１の前段に切出手段１１が追加されている点である。
【００８７】
すなわち、本実施の形態におけるレーダ装置は、図３に示すように、目標５５０に対して電波を送信する送信機５０１と、目標５５０からの反射波を受信する受信機５０４と、受信された反射波から得られた受信信号列をレンジ圧縮してヒットとレンジに関するレンジヒストリを得るレンジ圧縮手段５０５と、レンジ圧縮で得られるレンジヒストリ上の各反射点のレンジ移動成分のうちの時間に対する一次の変化成分を推定して補償するレンジ補償回路５０６と、レンジ補償後のレンジヒストリから所定のレンジ範囲のデータ列を切り出す切出手段１１と、切出手段１１の出力である、切り出し後のレンジヒストリを各ヒットごとにレンジ方向に総和して参照データ列を生成する総和手段１と、参照データ列を短時間フーリエ変換して、ドップラーヒストリを生成する短時間フーリエ変換回路５１７と、ドップラーヒストリ上の各反射点の軌跡からドップラー移動量を抽出する移動量推定回路５１３と、移動量推定回路５１３の出力であるドップラー移動量に基づいて、この移動を除去するために前記レンジヒストリの位相補償を行う際の補償量を算出する位相補償量算出手段５１８と、受信信号のドップラー移動量から、これに対応する目標の時間に対する二次の距離変化を算出する位相−距離変換手段２と、レンジヒストリ上の各反射点の軌跡の時間に関する二次の距離変化を補償する高次レンジ補償回路６と、高次レンジ補償回路６の出力である高次レンジ補償後のレンジヒストリを位相補償量算出手段５１８の出力である位相補償量で補償する位相補償手段５１９と、位相補償手段５１９の出力である、すべてのレンジ補償、位相補償の完了したレンジヒストリをアジマス圧縮し目標５５０の画像を生成するアジマス圧縮手段５０８とを有している。図４は、本実施の形態のレーダ装置の処理を説明する図である。
【００８８】
次に、図３及び図４を用いて、本実施の形態の処理内容を説明する。まず、レンジ補償回路５０６では、図４（ａ）に示すレンジヒストリｖ（ｈ，ｒ）に従来のレンジ補償を適用して一次のレンジ移動を補償し、図４（ｂ）に示すレンジ補償後のレンジヒストリｖ２（ｈ，ｒ）を得る。
【００８９】
次に、切出手段１１では、ｖ２（ｈ，ｒ）の信号電力が大きいレンジ範囲ｒ１〜ｒ１＋ΔＲ−１のデータ列を、次式（２０）に従い、図４（ｃ）に示すように切り出し、これをｗ０（ｈ，ｒ）とする。
【００９０】
【数２０】
総和手段１では、得られたｗ０（ｈ，ｒ）を次式（２１）により総和し、参照データ列ｗ（ｈ）を得る。
【００９２】
【数２１】
以下、短時間フーリエ変換回路５１７から位相−距離変換手段２までの処理は、実施の形態１と同一であるため、ここでは説明を省略する。また、レンジ補償回路５０６の出力であるレンジヒストリの二次のレンジ移動を高次レンジ補償回路で補償する処理も実施の形態1と同一である。
【００９４】
すでに一次のレンジ移動成分は補償されているので、位相補償量算出手段５１８で得られた位相補償量を用いて、位相補償手段５１９で、二次のレンジ移動成分を補償した後のレンジヒストリの位相補償を行う。結果をアジマス圧縮手段５０８でアジマス圧縮してＩＳＡＲ画像を生成し、結果をモニタＴＶ５０９に表示する。
【００９５】
本実施の形態においては、以上の構成を取ることにより、上述した実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、さらに、まず最初にレンジ補償を行い、信号電力の高い部分のみのデータ列を切り出して参照信号とするようにしたため、従来のレーダ装置に比べて耐雑音性能が向上する。
【００９６】
実施の形態３．
図５は、本実施の形態によるレーダ装置の構成を示す図である。本実施の形態の構成において、上述した実施の形態２の構成と異なる点は、位相補償手段５１９の後段にレンジ補償回路５０６がもう１つ追加されていることである。図５において、１、２、６は図１と、１１は図３と同一である。また、５０１〜５０６、５０８、５０９は図１２と、５１３は図１３と、５１７〜５１９は図１４と同一である。
【００９７】
次に、図５を用いて本実施の形態の動作を説明する。上述したように、本実施の形態では、実施の形態２の構成に比べて位相補償手段５１９の後段に、レンジ補償回路５０６が追加されている。すなわち、送信機５０１から位相補償手段５１９までの処理で、二次のレンジ移動とドップラー移動については補償が完了している。
【００９８】
また、一次のレンジ移動成分については、上述した実施の形態２では、レンジ圧縮手段５０５の後段のレンジ補償回路５０６により完全に除去されるものとしたが、実際は、レンジ補償回路５０６でレンジ補償量を推定する際には、レンジ移動成分に、二次成分も含まれるため、一次成分のみを正しく推定して補償するのは困難と思われる。そこで、この実施の形態においては、先にのべたように、位相補償手段５１９の後段にさらにレンジ補償回路５０６が追加されている。
【００９９】
つまり、位相補償手段５１９までの処理により、レンジ移動に関しては、２次の成分が補償されているので、例え、レンジ移動成分が残存していた場合でも、各反射点のレンジヒストリ上の軌跡は直線で与えられる。よって、従来のレーダ装置と同じ方式を適用するのみで、この成分を推定／補償することができる。
【０１００】
本実施の形態においては、以上の構成にすることにより、上述の実施の形態１及び実施の形態２と同様の効果が得られるとともに、さらに、レンジ補償精度の向上によるＩＳＡＲ画像の分解能劣化発生の抑圧を行うことができる。
【０１０１】
実施の形態４．
図６は本実施の形態によるレーダ装置の構成を示すブロック図である。図において、４１は、参照データ列のドップラー移動量と、これに基づく位相補償量とを、短時間フーリエ変換の点数を逐次に変えて推定する位相補償量算出手段である。なお、１、２、６は図１と、５０１〜５０６、５０８、５０９は図１２と、５１９は図１４と同一である。
【０１０２】
すなわち、本実施の形態におけるレーダ装置は、図６に示すように、目標５５０に対して電波を送信する送信機５０１と、目標５５０からの反射波を受信する受信機５０４と、受信された反射波から得られた受信信号列をレンジ圧縮してヒットとレンジに関するレンジヒストリを得るレンジ圧縮手段５０５と、レンジヒストリを各ヒットごとにレンジに関して総和して参照データ列を生成する総和手段１と、参照データ列のドップラー移動量と、これに基づく位相補償量を短時間フーリエ変換の点数を逐次的に変えて推定する逐次位相補償量算出手段４１と、受信信号のドップラー移動量から、これに対応する目標５５０の時間に対する二次の距離変化を算出する位相−距離変換手段２と、レンジヒストリ上の各反射点の軌跡の時間に関する二次の距離変化を補償する高次レンジ補償回路６と、高次レンジ補償回路の出力である二次レンジ補償後のレンジヒストリにおいて、各反射点の時間に対する一次の距離変化成分を推定して補償するレンジ補償回路５０６と、レンジ補償回路５０６の出力である各反射点の一次及び二次以上の高次のレンジ補償を完了したレンジヒストリを逐次位相補償量算出手段４１の出力である位相補償量で補償する位相補償手段５１９と、位相補償手段５１９の出力である、すべてのレンジ補償、位相補償の完了したレンジヒストリをアジマス圧縮して目標の画像を生成するアジマス圧縮手段５０８を有している。
【０１０３】
また、図７は、逐次位相補償量算出手段４１の内部構成を示すブロック図である。図において、４２は、参照データ列を前記位相補償量算出手段で得られた位相補償量で位相補償して、これを再び短時間フーリエ変換回路５１７に戻す参照データ位相補償手段、４３は、各処理のループごとに得られる位相補償量を蓄積する二次位相量蓄積手段、４４は、二次位相量蓄積手段４３に蓄積された各位相補償量を各ヒットごとに総和してこれを出力する二次補償量総和手段、４５は、参照データ位相補償手段４２の処理を終えるごとに、短時間フーリエ変換の点数を増やすように制御するフーリエ変換点数制御手段である。また、５１３は図１３と、５１７及び５１８は図１４と同一である。図８は本実施の形態のレーダ装置の処理内容を説明するための図である。
【０１０４】
次に、図６、図７、図８を用いて本実施の形態の動作を説明する。本実施の形態では、目標の加速度が大きい場合に、短時間フーリエ変換で得られるドップラーヒストリ上の各反射点の軌跡が図８（ａ）に示すように太くなり、ドップラー移動量の推定精度が劣化することと、この問題を避けるために、短時間フーリエ変換の点数を少なくすると、今度は、ドップラー分解能の劣化のために、ドップラー移動の推定精度が劣化することとを問題とし、これらの問題を解決することを目的とする。
【０１０５】
ここで、参照データ列から位相補償量を推定する際に、最初は少ないフーリエ変換点数で位相補償量を推定してこれを蓄積すると共に、この補償量で参照データ列の二次の位相成分を補償する処理を、フーリエ変換点数を増やしながら繰り返すことで、上記の問題を解決できる。
【０１０６】
以下では、この考え方に基づく、位相補償量推定の考え方について述べる。なお、この実施の形態の構成は、図６に示すように、実施の形態１における、位相補償量を推定するための、短時間フーリエ変換回路５１７、移動量推定回路５１３、位相補償量算出手段５１８のブロックが、逐次位相補償量算出手段４１に代っている部分が相違点である。
【０１０７】
逐次位相補償量算出手段４１には、総和手段１で得られた参照データ列ｗ（ｈ）（ｈ＝０，１，…Ｈ−１）が入力される。フーリエ変換点数制御手段４５（図７）では、まず、あるフーリエ変換点数Δｈ１を設定する。例えば、Δｈ１＝２＾ｋ１（ここでＡ＾ＢはＡのＢ乗を表す。また、ｋ１は周波数ヒストリ上の反射点の軌跡の幅が広くならないような適当な数）としてｋ１を与えても構わない。短時間フーリエ変換回路５１７では上記Δｈ１をフーリエ変換点数とした短時間フーリエ変換を行い、移動量推定回路５１３では、ドップラー周波数の総移動量ｓｆ１を推定する。位相補償量算出手段５１８では、ｓｆ１及びΔｈ１から、参照データ列ｗ（ｈ）の二次の位相補償量ｐ１（ｈ）を算出し、これを二次位相量蓄積手段４３に蓄える。
【０１０８】
さらに、参照データ位相補償手段４２では、ｐ１（ｈ）に基づきｗ（ｈ）の位相補償を行う。ここでは、Δｈ１の点数が小さく周波数分解能が劣化した状態で位相補償量を算出したため、この補償の精度は悪いが、主要な成分は補償される。これを再び短時間フーリエ変換回路５１７に送る。
【０１０９】
フーリエ変換点数制御手段４５では、Δｈ２＞Δｈ１となるフーリエ変換点数を設定する。ここで、例えばｋ２＝ｋ１＋１として、Δｈ２＝２＾ｋ２としてフーリエ変換点数を設定しても構わない。
【０１１０】
短時間フーリエ変換回路５１７では、参照データ位相補償手段４２の出力であるｐ１（ｈ）で位相補償後の参照データ列をフーリエ変換点数Δｈ２で再び短時間フーリエ変換する。得られるドップラーヒストリ上の各反射点の軌跡は、単にフーリエ変換点数を増やしたのみでは、ドップラー移動量が大きいために、幅が広がってしまうが、本実施の形態の処理では、先に、参照データ列位相補償手段４２で主要な二次位相すなわち、一次のドップラー変化を低減しているため、ドップラー移動量が小さく抑えられており、ドップラーヒストリ上の軌跡の幅も広がらない。
【０１１１】
得られた周波数ヒストリに対してフーリエ変換点数がΔｈ１の場合と同様の処理を適用することで、二次位相量蓄積手段４３に位相補償量ｐ２（ｈ）を蓄積すると共に、ｗ（ｈ）の位相補償を行う。以下、フーリエ変換点数をΔｈ３，Δｈ４，…（もしくはｋ３，ｋ４，…）と変えていき、同じ処理を繰り返す。
【０１１２】
このような処理を繰り返した結果、二次位相量蓄積手段４３には、各フーリエ変換点数での位相補償量がｐj（ｈ）（ｊ＝１，２，…）が蓄積されており、逐次位相補償量算出手段４１に入力されたｗ（ｈ）の二次位相補償量ｐｈ（ｈ）はこれらの和で次式（２２）のように与えられる。
【０１１３】
【数２２】
ここで、Ｊはフーリエ変換点数を変えて行う処理の繰り返し回数である。二次補償量総和手段４４では、式(２２)に従い、最終的な二次位相補償量ｐｈ（ｈ）を算出し、結果を出力する。
【０１１５】
この実施の形態における位相−距離変換手段２以下の処理は上述した実施の形態1と同様である。なお、図６では、実施の形態１の処理ブロックの変更の内容で、その処理内容を説明したが、実施の形態２及び実施の形態３の変更として本実施の形態を構成しても、同様に動作することは言うまでもない。
【０１１６】
以上のように、この実施の形態においては、上述の実施の形態１〜３と同様の効果が得られるとともに、目標の加速度が大きく、ドップラーヒストリ上の各反射点の軌跡の幅が広がってしまい、これに伴う位相補償量の推定に誤差が発生して、ＩＳＡＲ画像が結像しない、また、各軌跡の幅を狭くするために短時間フーリエ変換の点数を小さくした場合には、ドップラー分解能の劣化に伴い位相補償の推定に誤差が発生してＩＳＡＲ画像が結像しない、という相反する問題点を解決して、ＩＳＡＲ画像を結像させることができる。
【０１１７】
実施の形態５．
図９は、本実施の形態によるレーダ装置の構成を示すブロック図である。図において、５１は最小二乗型位相補償量推定回路、５５は高次位相−距離変換手段である。なお、１及び６は図１と、５０１〜５０５、５０８、５０９は図１２と、５１９は図１４と同一である。
【０１１８】
すなわち、本実施の形態におけるレーダ装置は、目標５５０に対して電波を送信する送信機５０１と、目標５５０からの反射波を受信する受信機５０４と、受信された反射波から得られた受信信号列をレンジ圧縮してヒットとレンジに関するレンジヒストリを得るレンジ圧縮手段５０５と、レンジヒストリを各ヒットごとにレンジに関して総和して参照データ列を生成する総和手段１と、参照データ列の位相に最小二乗法を適用して、二次以上の高次の高次の位相成分を推定する最小二乗型位相補償量推定回路５１と、最小二乗型位相補償量推定回路５１で得られた受信信号の時間に対する二次以上の高次の高次の位相成分を基に、目標５５０のレンジ移動の時間に対する二次以上の高次の成分を推定する高次位相−距離変換手段５５と、レンジヒストリ上の各反射点の軌跡の時間に関する高次の距離変化を補償する高次レンジ補償回路６と、高次レンジ補償回路６の出力である高次レンジ補償後のレンジヒストリにおいて、各反射点の時間に対する一次の距離変化成分を推定して補償するレンジ補償回路５０６と、レンジ補償回路５０６の出力である各反射点の一次及び二次以上の高次のレンジ補償を完了したレンジヒストリを最小二乗型位相補償量推定回路５１の出力である位相補償量で補償する位相補償手段５１９と、位相補償手段５１９の出力である、すべてのレンジ補償、位相補償の完了したレンジヒストリをアジマス圧縮し目標５５０の画像を生成するアジマス圧縮手段５０８とを有している。
【０１１９】
図１０は最小二乗型位相補償量推定回路５１の内部構成を示すブロック図である。最小二乗型位相補償量推定回路５１は、図のように、入力した参照データ列のドップラースペクトルの最大値をとる周波数の値から、一次の位相成分を推定して、これに基づき参照データ列の位相の一次成分を補償する一次位相補償回路５２と、位相の一次成分を除去した後の参照データ列の位相の２πごとの折り返しをアンラップする位相アンラップ回路５３と、位相アンラップ後の参照データ列の位相に最小二乗法を適用して、二次以上の高次の位相成分を推定する最小二乗法回路５４とから構成されている。なお、図１１は、本実施の形態の処理内容を説明するための図である。
【０１２０】
次に、図９、図１０、図１１を用いて本実施の形態の動作を説明する。本実施の形態では、目標の加速度の影響で、三次以上の位相成分が発生した場合を考える。そのために、参照データ列の位相に直接最小二乗法を適用して、位相成分を推定する。ただし、そのためには、図１１（ａ）に示す２πごとの位相の折り返しを除去（位相アンラップ）する必要がある。後述するように、隣接ヒット間の位相の差分が±πを越えると位相アンラップを正しく行えなくなるため、一次位相補償回路５２では、まず、位相の主要項となる、一次の位相成分を除去する。一次の位相成分の除去は以下の処理を経て実現される。
【０１２１】
まず、次式により、参照データ列ｗ（ｈ）のドップラースペクトルW(f)を得る。
【０１２２】
【数２３】
このW（ｆ）の電力を図１１（ｂ）に示すように最大とするｆを用いて次式のように一次の位相量φ1（ｈ）を推定する。
【０１２４】
【数２４】
次に、得られたφ1（ｈ）を用いて次式（２５）により一次成分の位相補償を行う。
【０１２６】
【数２５】
得られた、参照信号ｗ２（ｈ）においては、主要な一次の位相成分が除去されているので、ｐｈａｓｅ（ｚ）を複素数zの位相を算出するオペレータとして定義した場合に、次式（２６）により得られるｗ２（ｈ）の位相φ２（ｈ）は、図１１（ｃ）に示すように一次の位相成分除去前に比べて、変動が緩やかになる。
【０１２８】
【数２６】
一次位相補償回路５２では、上式（２６）の位相φ２（ｈ）を出力する。φ２（ｈ）の値域は、−π＜φ２（ｈ）≦πであり、隣接ヒット間のφ２（ｈ）の差分δ（ｈ）（＝φ２（ｈ）−φ２（ｈ−１））の値域は、−２π＜δ（ｈ）＜２πとなる。折り返し前のヒット間の位相差が±πを越えないという仮定を導入すると、これを、（ａ）：−２π＜δ（ｈ）≦−π，（ｂ）：−π＜δ（ｈ）≦π，（ｃ）：π＜δ（ｈ）≦２π；の３つの場合に分けて、それぞれを、（ａ）：π−ε１ → −π＋ε２の折り返し発生，（ｂ）：折り返し発生せず，（ｃ）：−π＋ε２→π−ε１の折り返し発生，（ただし，ε１，ε２＞０，ε１＋ε２＜π）とみなすことができる。
【０１３０】
そこで、次式（２７）で各ヒットｈ（ｈ＝１，２，…Ｈ−１）の折り返しの補正量Δφ（ｈ）を求め、次式（２８）でアンラップ後の位相φｕ（ｈ）を得ることができる。
【０１３１】
【数２７】
【数２８】
これを図示すると図１１（ｄ）のようになる。位相アンラップ回路５３では以上の処理により、位相アンラップ後の参照信号の位相φｕ（ｈ）を算出して、これを出力する。この方式では、折り返し前の各ヒット間の位相差がπを越える場合には、アンラップを正しく実行できないため、一次位相補償回路５２でヒット間の位相差を低減した。
【０１３４】
最小二乗法回路５４では、得られたφｕ（ｈ）にＮ次の最小二乗法を適用して、次式（２９）のように、Ｎ次以下の多項式で、位相成分φＬ（ｈ）を推定する。
【０１３５】
【数２９】
位相成分φＬ（ｈ）には折り返しが発生していないことから、レンジ分解能Δで正規化したレンジ補償量Δｒ（ｈ）とφＬ（ｈ）の関係は次式（３０）で与えられる。
【０１３７】
【数３０】
ただし、λは波長である。得られたレンジ補償量Δｒ（ｈ）には、３次以上の距離変化成分も含まれている。周波数領域補償回路３以降で、高次位相−距離変換手段５５で得られたレンジ補償量Δｒ（ｈ）を用いてレンジ補償を行う処理から、最終的にモニタＴＶ５０９にＩＳＡＲ画像を表示するまでの処理は実施の形態１と同一である。
【０１３９】
本実施の形態では、実施の形態１の処理を改良する形で処理内容を説明した。しかし、実施の形態２、実施の形態３の処理の改良としても同様に実現できる。
【０１４０】
以上のように、この実施の形態においては、上述の実施の形態１、実施の形態２、実施の形態３と同様の効果を得ることができるとともに、さらに、目標の加速度運動の影響で、レンジヒストリ上の各反射点の軌跡が時間に対する三次以上のレンジ移動が生じる場合にも、これに伴うＩＳＡＲ画像の分解能劣化を抑えて画像再生を行える。
【０１４１】
【発明の効果】
この発明は、移動する目標に対して電波を送信し、目標からの反射波を受信して、目標の画像を得るレーダ装置であって、受信した反射波から得られる受信信号をレンジ圧縮してレンジヒストリを生成するレンジ圧縮手段と、受信信号のドップラーヒストリを生成する短時間フーリエ変換手段と、ドップラーヒストリから、受信信号のドップラー移動量を推定する移動量推定手段と、ドップラー移動量に基づいて当該移動を除去するための位相補償量を算出する位相補償量算出手段と、位相補償量算出手段から出力された位相補償量を目標の時間に対する二次のレンジ変化に変換する位相−距離変換手段と、位相−距離変換手段の出力である上記目標の二次のレンジ変化を除去するための補償を行う高次レンジ補償手段とを備えたレーダ装置であるので、目標の加速度が大きくレンジヒストリ上の各反射点の軌跡が曲線で表される場合等においても、レンジや位相の補償量を正しく推定し、ＩＳＡＲ画像を結像させることができるという効果が得られる。
【０１４２】
また、移動する目標に対して電波を送信する送信手段と、目標からの反射波を受信する受信手段と、受信された反射波から得られる受信信号列をレンジ圧縮してヒットとレンジに関するレンジヒストリを得るレンジ圧縮手段と、レンジヒストリを各ヒットごとにレンジに関して総和して参照データ列を生成する総和手段と、参照データ列を短時間フーリエ変換して、ドップラーヒストリを生成する短時間フーリエ変換回路と、ドップラーヒストリ上の各反射点の軌跡からドップラー移動量を抽出する移動量推定回路と、ドップラー移動量に基づいて、目標の距離の移動を除去するために、レンジヒストリの位相補償を行う際の補償量を算出する位相補償量算出手段と、ドップラー移動量から、ドップラー移動量に対応する目標の時間に対する二次の距離変化を算出する位相−距離変換手段と、レンジヒストリ上の各反射点の軌跡の時間に関する二次の距離変化を補償する高次レンジ補償回路と、高次レンジ補償回路の出力であるレンジ補償後のレンジヒストリにおいて、各反射点の時間に対する一次のレンジ移動成分を推定して補償するレンジ補償回路と、レンジ補償回路の出力である各反射点の一次及び二次以上の高次のレンジ補償を完了したレンジヒストリを位相補償量算出手段の出力である位相補償量で補償する位相補償手段と、位相補償手段の出力である、すべてのレンジ補償及び位相補償の完了したレンジヒストリをアジマス圧縮し、目標の画像を生成するアジマス圧縮手段と、を備えるようにしたので、まず、目標の加速度が大きく、レンジヒストリ上の各反射点の軌跡が曲線で表される場合においても、ドップラー周波数の時間変化を用いることで、レンジヒストリ上の各軌跡の二次の変化の補償が可能になり、ＩＳＡＲ画像の分解能劣化を防ぐことができる。また、レンジ補償をレンジヒストリの各ヒットにおける空間周波数分布の位相補償により行うので、レンジ分解能で離散化されたレンジ補償を行う場合に比べて、ＩＳＡＲ画像上のアジマス方向の虚像の発生を除去できるため、鮮明な画像を得ることができる。
【０１４３】
また、移動する目標に対して電波を送信する送信手段と、目標からの反射波を受信する受信手段と、受信された反射波から得られる受信信号列をレンジ圧縮してヒットとレンジに関するレンジヒストリを得るレンジ圧縮手段と、レンジ圧縮で得られるレンジヒストリ上の各反射点のレンジ移動成分のうちの時間に対する一次の変化成分を推定して補償するレンジ補償回路と、レンジ補償回路の出力であるレンジ補償後のレンジヒストリから、所定のレンジ範囲のデータ列を切り出す切出手段と、切出手段の出力である切り出し後のレンジヒストリを各ヒットごとにレンジ方向に総和して参照データ列を生成する総和手段と、参照データ列を短時間フーリエ変換して、ドップラーヒストリを生成する短時間フーリエ変換回路と、ドップラーヒストリ上の各反射点の軌跡からドップラー移動量を抽出する移動量推定回路と、移動量推定回路の出力であるドップラー移動量に基づいて、目標の距離の移動を除去するためにレンジヒストリの位相補償を行う際の補償量を算出する位相補償量算出手段と、ドップラー移動量から、ドップラー移動量に対応する目標の時間に対する二次の距離変化を算出する位相−距離変換手段と、レンジヒストリ上の各反射点の軌跡の時間に関する二次の距離変化を補償する高次レンジ補償回路と、高次レンジ補償回路の出力である高次レンジ補償後のレンジヒストリを、位相補償量算出手段の出力である位相補償量で補償する位相補償手段と、位相補償手段の出力である、すべてのレンジ補償及び位相補償の完了したレンジヒストリをアジマス圧縮し、目標の画像を生成するアジマス圧縮手段と、を備えるようにしたので、まず、目標の加速度が大きく、レンジヒストリ上の各反射点の軌跡が曲線で表される場合においても、ドップラー周波数の時間変化を用いることで、レンジヒストリ上の各軌跡の二次の変化の補償が可能になり、ＩＳＡＲ画像の分解能劣化を防ぐことができる。また、レンジ補償をレンジヒストリの各ヒットにおける空間周波数分布の位相補償により行うので、レンジ分解能で離散化されたレンジ補償を行う場合に比べて、ＩＳＡＲ画像上のアジマス方向の虚像の発生を除去できるため、鮮明な画像を得ることができる。さらに、まず最初にレンジ補償を行い、信号電力の高い部分のみのデータ列を切り出して参照信号とするようにしたため、従来のレーダ装置に比べて耐雑音性能が向上する。
【０１４４】
また、位相補償手段の後段に、レンジヒストリ上の各反射点のレンジ移動成分のうちの時間に対する一次の変化成分を推定して補償する第二のレンジ補償回路を、さらに備えるようにしたので、レンジ補償精度の向上によるＩＳＡＲ画像の分解能劣化発生の抑圧を行うことができる。また、目標の加速度が大きく、レンジヒストリ上の各反射点の軌跡が曲線で表される場合においても、ドップラー周波数の時間変化を用いることで、レンジヒストリ上の各軌跡の二次の変化の補償が可能になり、ＩＳＡＲ画像の分解能劣化を防ぐことができる。また、レンジ補償をレンジヒストリの各ヒットにおける空間周波数分布の位相補償により行うので、レンジ分解能で離散化されたレンジ補償を行う場合に比べて、ＩＳＡＲ画像上のアジマス方向の虚像の発生を除去できるため、鮮明な画像を得ることができる。さらに、まず最初にレンジ補償を行い、信号電力の高い部分のみのデータ列を切り出して参照信号とするようにしたため、従来のレーダ装置に比べて耐雑音性能が向上する。
【０１４５】
また、移動する目標に対して電波を送信する送信手段と、目標からの反射波を受信する受信手段と、受信された反射波から得られる受信信号列をレンジ圧縮してヒットとレンジに関するレンジヒストリを得るレンジ圧縮手段と、レンジヒストリを各ヒットごとにレンジに関して総和して参照データ列を生成する総和手段と、参照データ列のドップラー移動量と、ドップラー移動量に基づく位相補償量とを、短時間フーリエ変換の点数を逐次的に変化させることにより推定する逐次位相補償量算出手段と、受信信号のドップラー移動量から、ドップラー移動量に対応する目標の時間に対する二次の距離変化を算出する位相−距離変換手段と、レンジヒストリ上の各反射点の軌跡の時間に関する二次の距離変化を補償する高次レンジ補償回路と、高次レンジ補償回路の出力である二次レンジ補償後のレンジヒストリにおいて、各反射点の時間に対する一次の距離変化成分を推定して補償するレンジ補償回路と、レンジ補償回路の出力である各反射点の一次及び二次以上の高次のレンジ補償を完了したレンジヒストリを逐次位相補償量算出手段の出力である位相補償量で補償する位相補償手段と、位相補償手段の出力である、レンジ補償及び位相補償の完了したレンジヒストリをアジマス圧縮して上記目標の画像を生成するアジマス圧縮手段と、を備えているので、目標の加速度が大きく、ドップラーヒストリ上の各反射点の軌跡の幅が広くなった場合等においても、レンジや位相の補償量を正しく推定し、ＩＳＡＲ画像を結像させることができる。
【０１４６】
また、逐次位相量算出手段が、総和手段の出力である参照データ列のドップラーヒストリを生成する短時間フーリエ変換回路と、ドップラーヒストリ上の各反射点の軌跡からドップラー移動量を抽出する移動量推定回路と、移動量推定回路の出力であるドップラー移動量に基づいて、目標の距離の移動を除去するためにレンジヒストリの位相補償を行う際の補償量を算出する位相補償量算出手段と、参照データ列を位相補償量算出手段で得られた位相補償量で位相補償して、再び短時間フーリエ変換回路に戻す参照データ位相補償手段と、参照データ位相補償手段の処理を終えるごとに、短時間フーリエ変換の点数を増やすように制御するフーリエ変換点数制御手段と、各処理のループごとに得られる位相補償量を蓄積する二次位相量蓄積手段と、二次位相量蓄積手段に蓄積された各位相補償量を各ヒットごとに総和して、出力する二次補償量総和手段と、から構成されているので、目標の加速度が大きく、ドップラーヒストリ上の各反射点の軌跡の幅が広がってしまい、これに伴う位相補償量の推定に誤差が発生して、ＩＳＡＲ画像が結像しない、また、各軌跡の幅を狭くするために短時間フーリエ変換の点数を小さくした場合には、ドップラー分解能の劣化に伴い位相補償の推定に誤差が発生してＩＳＡＲ画像が結像しない、という相反する問題点を解決して、ＩＳＡＲ画像を結像させることができる。
【０１４７】
また、目標に対して電波を送信する送信手段と、目標からの反射波を受信する受信手段と、受信された反射波から得られた受信信号列をレンジ圧縮してヒットとレンジに関するレンジヒストリを得るレンジ圧縮手段と、レンジヒストリを各ヒットごとにレンジに関して総和して参照データ列を生成する総和手段と、参照データ列の位相に最小二乗法を適用して、二次以上の高次の高次の位相成分を推定する最小二乗型位相補償量推定回路と、最小二乗型位相補償量推定回路で得られた受信信号の時間に対する二次以上の高次の高次の位相成分を基に、目標のレンジ移動の時間に対する二次以上の高次の成分を推定する高次位相−距離変換手段と、レンジヒストリ上の各反射点の軌跡の時間に関する高次の距離変化を補償する高次レンジ補償回路と、高次レンジ補償回路の出力である高次レンジ補償後のレンジヒストリにおいて、各反射点の時間に対する一次の距離変化成分を推定して補償するレンジ補償回路と、レンジ補償回路の出力である各反射点の一次及び二次以上の高次のレンジ補償を完了したレンジヒストリを最小二乗型位相補償量推定回路の出力である位相補償量で補償する位相補償手段と、位相補償手段の出力である、レンジ補償及び位相補償の完了したレンジヒストリをアジマス圧縮し上記目標の画像を生成するアジマス圧縮手段と、を備えているので、目標の加速度が大きくレンジヒストリ上の各反射点の軌跡が曲線で表される場合等においても、レンジや位相の補償量を正しく推定し、ＩＳＡＲ画像を結像させることができるとともに、さらに、目標の加速度運動の影響で、レンジヒストリ上の各反射点の軌跡が時間に対する三次以上のレンジ移動が生じる場合にも、これに伴うＩＳＡＲ画像の分解能劣化を抑えて画像再生を行うことができる。
【０１４８】
また、最小二乗型位相補償量推定回路が、総和手段の出力である参照データ列のドップラースペクトルの最大値をとる周波数の値から、一次の位相成分を推定してこれに基づき参照データ列の位相の一次成分を補償する一次位相補償回路と、位相の一次成分を除去した後の参照データ列の位相の２πごとの折り返しをアンラップする位相アンラップ回路と、位相アンラップ後の参照データ列の位相に最小二乗法を適用して、二次以上の高次の位相成分を推定する最小二乗法回路と、から構成されているので、目標の加速度が大きくレンジヒストリ上の各反射点の軌跡が曲線で表される場合等においても、レンジや位相の補償量を正しく推定し、ＩＳＡＲ画像を結像させることができるとともに、さらに、目標の加速度運動の影響で、レンジヒストリ上の各反射点の軌跡が時間に対する三次以上のレンジ移動が生じる場合にも、これに伴うＩＳＡＲ画像の分解能劣化を抑えて画像再生を行うことができる。
【０１４９】
また、高次レンジ補償回路が、レンジ圧縮手段及びレンジ補償回路のいずれか一方の出力であるレンジヒストリのレンジに関する周波数分布のヒストリを算出するＦＦＴ手段と、位相−距離変換手段及び高次位相−距離変換手段のいずれか一方の出力である目標の時間に対する二次の距離変化を打ち消すために上記周波数分布のヒストリを位相補償する周波数領域補償回路と、周波数領域補償回路の出力である、位相補償後の周波数分布を逆フーリエ変換して、目標の時間に対する二次の距離変化を補償したレンジヒストリを出力するＩＦＦＴ手段と、から構成されているので、目標の加速度が大きくレンジヒストリ上の各反射点の軌跡が曲線で表される場合等においても、レンジや位相の補償量を正しく推定し、ＩＳＡＲ画像を結像させることができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１によるレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図２】 本発明の実施の形態１によるレーダ装置の処理を説明するためのグラフである。
【図３】 本発明の実施の形態２によるレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図４】 本発明の実施の形態２によるレーダ装置の処理を説明するためのグラフである。
【図５】 本発明の実施の形態３によるレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図６】 本発明の実施の形態４によるレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図７】 本発明の実施の形態４によるレーダ装置内に設けられた逐次位相補償量算出手段の構成を示すブロック図である。
【図８】 本発明の実施の形態４によるレーダ装置の処理を説明するためのグラフである。
【図９】 本発明の実施の形態５によるレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図１０】 本発明の実施の形態５によるレーダ装置内に設けられた最小二乗型位相補償量推定回路の構成を示すブロック図である。
【図１１】 本発明の実施の形態５によるレーダ装置の処理を説明するためのグラフである。
【図１２】 従来のレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図１３】 従来のレーダ装置内に設けられたレンジ補償回路の構成を示すブロック図である。
【図１４】 従来のレーダ装置内に設けられた位相補償回路の構成を示すブロック図である。
【図１５】 回転運動を行う目標を観測するジオメトリである。
【図１６】 ＩＳＡＲ画像の一例である。
【図１７】 並進運動を行う目標を観測するジオメトリである。
【図１８】 レンジヒストリの最大振幅検出結果の一例を示したグラフである。
【図１９】 レンジ補償処理を施した後のレンジプロフィールにおける最大振幅検出結果のヒストリの一例を示したグラフである。
【図２０】 移動量推定回路の動作を説明する図である。
【図２１】 短時間フーリエ変換回路の処理内容を説明する図である。
【図２２】 ドップラーヒストリの最大振幅検出結果の一例を示したグラフである。
【符号の説明】
１ 総和手段、２ 位相−距離変換手段、３ 周波数領域補償回路、４ ＦＦＴ手段、５ ＩＦＦＴ手段、６ 高次レンジ補償回路、１１ 切出手段、４１ 逐次位相補償量算出手段、４２ 参照データ位相補償手段、４３ 二次位相量蓄積手段、４４ 二次補償量総和手段、４５ フーリエ変換点数制御手段、５１ 最小二乗型位相補償量推定回路、５２ 一次位相補償回路、５３ 位相アンラップ回路、５４ 最小二乗法回路、５５ 高次位相−距離変換手段、５０１ 送信機、５０２ 送受切換器、５０３ 送受信アンテナ、５０４ 受信機、５０５ レンジ圧縮手段、５０６ レンジ補償回路、５０８ アジマス圧縮手段、５０９モニタ・テレビ、５１３ 移動量推定回路、５１７ 短時間フーリエ変換回路、５１８ 位相補償量算出回路、５１９ 位相補償手段。
Claims (9)
- 移動する目標に対して電波を送信し、上記目標からの反射波を受信して、上記目標の画像を得るレーダ装置であって、
受信した上記反射波から得られる受信信号をレンジ圧縮してレンジヒストリを生成するレンジ圧縮手段と、
上記受信信号のドップラーヒストリを生成する短時間フーリエ変換手段と、
上記ドップラーヒストリから、上記受信信号のドップラー移動量を推定する移動量推定手段と、
上記ドップラー移動量に基づいて当該移動を除去するための位相補償量を算出する位相補償量算出手段と、
上記位相補償量算出手段から出力された上記位相補償量を上記目標の時間に対する二次のレンジ変化に変換する位相−距離変換手段と、
上記位相−距離変換手段の出力である上記目標の二次のレンジ変化を除去するための補償を行う高次レンジ補償手段とを
備えていることを特徴とするレーダ装置。 - 移動する目標に対して電波を送信する送信手段と、
上記目標からの反射波を受信する受信手段と、
上記受信された反射波から得られる受信信号列をレンジ圧縮してヒットとレンジに関するレンジヒストリを得るレンジ圧縮手段と、
上記レンジヒストリを各ヒットごとにレンジに関して総和して参照データ列を生成する総和手段と、
上記参照データ列を短時間フーリエ変換して、ドップラーヒストリを生成する短時間フーリエ変換回路と、
上記ドップラーヒストリ上の各反射点の軌跡からドップラー移動量を抽出する移動量推定回路と、
上記ドップラー移動量に基づいて、上記目標の距離の移動を除去するために、上記レンジヒストリの位相補償を行う際の補償量を算出する位相補償量算出手段と、
上記ドップラー移動量から、上記ドップラー移動量に対応する上記目標の時間に対する二次の距離変化を算出する位相−距離変換手段と、
上記レンジヒストリ上の各反射点の軌跡の時間に関する二次の距離変化を補償する高次レンジ補償回路と、
上記高次レンジ補償回路の出力であるレンジ補償後のレンジヒストリにおいて、各反射点の時間に対する一次のレンジ移動成分を推定して補償するレンジ補償回路と、
上記レンジ補償回路の出力である各反射点の一次及び二次以上の高次のレンジ補償を完了したレンジヒストリを上記位相補償量算出手段の出力である位相補償量で補償する位相補償手段と、
上記位相補償手段の出力である、レンジ補償及び位相補償の完了したレンジヒストリをアジマス圧縮し、上記目標の画像を生成するアジマス圧縮手段と、
を備えたことを特徴とするレーダ装置。 - 移動する目標に対して電波を送信する送信手段と、
上記目標からの反射波を受信する受信手段と、
上記受信された反射波から得られる受信信号列をレンジ圧縮してヒットとレンジに関するレンジヒストリを得るレンジ圧縮手段と、
上記レンジ圧縮で得られるレンジヒストリ上の各反射点のレンジ移動成分のうちの時間に対する一次の変化成分を推定して補償するレンジ補償回路と、
上記レンジ補償回路の出力であるレンジ補償後のレンジヒストリから、所定のレンジ範囲のデータ列を切り出す切出手段と、
上記切出手段の出力である、切り出し後のレンジヒストリを各ヒットごとにレンジ方向に総和して参照データ列を生成する総和手段と、
参照データ列を短時間フーリエ変換して、ドップラーヒストリを生成する短時間フーリエ変換回路と、
上記ドップラーヒストリ上の各反射点の軌跡からドップラー移動量を抽出する移動量推定回路と、
上記移動量推定回路の出力であるドップラー移動量に基づいて、上記目標の距離の移動を除去するために上記レンジヒストリの位相補償を行う際の補償量を算出する位相補償量算出手段と、
上記ドップラー移動量から、上記ドップラー移動量に対応する上記目標の時間に対する二次の距離変化を算出する位相−距離変換手段と、
上記レンジヒストリ上の各反射点の軌跡の時間に関する二次の距離変化を補償する高次レンジ補償回路と、
上記高次レンジ補償回路の出力である高次レンジ補償後のレンジヒストリを、上記位相補償量算出手段の出力である位相補償量で補償する位相補償手段と、
上記位相補償手段の出力である、すべてのレンジ補償及び位相補償の完了したレンジヒストリをアジマス圧縮し、上記目標の画像を生成するアジマス圧縮手段と、
を備えたことを特徴とするレーダ装置。 - 上記位相補償手段の後段に、上記レンジヒストリ上の各反射点のレンジ移動成分のうちの時間に対する一次の変化成分を推定して補償する第二のレンジ補償回路を、さらに備えたことを特徴とする請求項３記載のレーダ装置。
- 移動する目標に対して電波を送信する送信手段と、
上記目標からの反射波を受信する受信手段と、
上記受信された反射波から得られる受信信号列をレンジ圧縮してヒットとレンジに関するレンジヒストリを得るレンジ圧縮手段と、
上記レンジヒストリを各ヒットごとにレンジに関して総和して参照データ列を生成する総和手段と、
上記参照データ列のドップラー移動量と、上記ドップラー移動量に基づく位相補償量とを、短時間フーリエ変換の点数を逐次的に変化させることにより推定する逐次位相補償量算出手段と、
上記受信信号のドップラー移動量から、上記ドップラー移動量に対応する上記目標の時間に対する二次の距離変化を算出する位相−距離変換手段と、
上記レンジヒストリ上の各反射点の軌跡の時間に関する二次の距離変化を補償する高次レンジ補償回路と、
上記高次レンジ補償回路の出力である二次レンジ補償後のレンジヒストリにおいて、各反射点の時間に対する一次の距離変化成分を推定して補償するレンジ補償回路と、
上記レンジ補償回路の出力である各反射点の一次及び二次以上の高次のレンジ補償を完了したレンジヒストリを上記逐次位相補償量算出手段の出力である位相補償量で補償する位相補償手段と、
上記位相補償手段の出力である、レンジ補償及び位相補償の完了したレンジヒストリをアジマス圧縮して上記目標の画像を生成するアジマス圧縮手段と、
を備えたことを特徴とするレーダ装置。 - 上記逐次位相量算出手段が、
上記総和手段の出力である上記参照データ列のドップラーヒストリを生成する短時間フーリエ変換回路と、
上記ドップラーヒストリ上の各反射点の軌跡からドップラー移動量を抽出する移動量推定回路と、
上記移動量推定回路の出力であるドップラー移動量に基づいて、上記目標の距離の移動を除去するために上記レンジヒストリの位相補償を行う際の補償量を算出する位相補償量算出手段と、
上記参照データ列を上記位相補償量算出手段で得られた位相補償量で位相補償して、再び上記短時間フーリエ変換回路に戻す参照データ位相補償手段と、
上記参照データ位相補償手段の処理を終えるごとに、短時間フーリエ変換の点数を増やすように制御するフーリエ変換点数制御手段と、
各処理のループごとに得られる位相補償量を蓄積する二次位相量蓄積手段と、上記二次位相量蓄積手段に蓄積された各位相補償量を各ヒットごとに総和して、出力する二次補償量総和手段と、
から構成されていることを特徴とする請求項５記載のレーダ装置。 - 目標に対して電波を送信する送信手段と、
上記目標からの反射波を受信する受信手段と、
上記受信された反射波から得られた受信信号列をレンジ圧縮してヒットとレンジに関するレンジヒストリを得るレンジ圧縮手段と、
上記レンジヒストリを各ヒットごとにレンジに関して総和して参照データ列を生成する総和手段と、
上記参照データ列の位相に最小二乗法を適用して、二次以上の高次の高次の位相成分を推定する最小二乗型位相補償量推定回路と、
上記最小二乗型位相補償量推定回路で得られた受信信号の時間に対する二次以上の高次の高次の位相成分を基に、上記目標のレンジ移動の時間に対する二次以上の高次の成分を推定する高次位相−距離変換手段と、
上記レンジヒストリ上の各反射点の軌跡の時間に関する高次の距離変化を補償する高次レンジ補償回路と、
上記高次レンジ補償回路の出力である高次レンジ補償後のレンジヒストリにおいて、各反射点の時間に対する一次の距離変化成分を推定して補償するレンジ補償回路と、
上記レンジ補償回路の出力である各反射点の一次及び二次以上の高次のレンジ補償を完了したレンジヒストリを上記最小二乗型位相補償量推定回路の出力である位相補償量で補償する位相補償手段と、
上記位相補償手段の出力である、レンジ補償及び位相補償の完了したレンジヒストリをアジマス圧縮し上記目標の画像を生成するアジマス圧縮手段と、
を備えていることを特徴とするレーダ装置。 - 上記最小二乗型位相補償量推定回路が、
上記総和手段の出力である上記参照データ列のドップラースペクトルの最大値をとる周波数の値から、一次の位相成分を推定してこれに基づき参照データ列の位相の一次成分を補償する一次位相補償回路と、
上記位相の一次成分を除去した後の上記参照データ列の位相の２πごとの折り返しをアンラップする位相アンラップ回路と、
位相アンラップ後の上記参照データ列の位相に最小二乗法を適用して、二次以上の高次の位相成分を推定する最小二乗法回路と、
から構成されていることを特徴とする請求項７に記載のレーダ装置。 - 上記高次レンジ補償回路が、
上記レンジ圧縮手段及び上記レンジ補償回路のいずれか一方の出力であるレンジヒストリのレンジに関する周波数分布のヒストリを算出するＦＦＴ手段と、
上記位相−距離変換手段及び上記高次位相−距離変換手段のいずれか一方の出力である上記目標の時間に対する二次の距離変化を打ち消すために上記周波数分布のヒストリを位相補償する周波数領域補償回路と、
上記周波数領域補償回路の出力である、位相補償後の周波数分布を逆フーリエ変換して、上記目標の時間に対する二次の距離変化を補償したレンジヒストリを出力するＩＦＦＴ手段と、
から構成されていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載のレーダ装置。
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