JP3678946B2 - 合成開口レーダ装置及びこの合成開口レーダ装置における目標散乱点検出方法 - Google Patents
合成開口レーダ装置及びこの合成開口レーダ装置における目標散乱点検出方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は観測対象となる目標に対して、搬送波周波数が時間とともに変化するパルスを送信し、反射されたパルスから目標の画像を再生して目標散乱点を検出する合成開口レーダ装置及びこの合成開口レーダ装置における目標散乱点検出方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の合成開口レーダ装置として、例えばＡｉｒｂｏｒｎｅ Ｐｕｌｓｅｄ Ｄｏｐｐｌｅｒ（Ｒａｄａｒ Ｓｅｃｏｎｄ Ｅｄｉｔｉｏｎ，Ｇｕｙ Ｍｏｒｒｉｓ ａｎｄ Ｌｉｎｄａ Ｈａｒｋｎｅｓｓ，Ａｒｔｅｃｈ Ｈｏｕｓｅ，１９９７）に示されたものがあり、図１１は上記文献に示された従来の合成開口レーダ装置の一例を示した図である。
【０００３】
図１１において、１０１はパルスを出力する送信機、１０２は後述の制御回路１０４から入力される周波数制御信号に基づいて時間とともに周波数を変化させた信号を出力する局部発振器、１０３は送信機１に対してトリガ信号を発生するパルス変調器である。制御回路１０４は局部発振器１０２に対する周波数制御信号を出力する。１０５は送受信を切換える送受切換器、１０６は送受切換器１０５を介して送信機１０１から出力されるパルスを目標に対して送信し、また目標から反射されたパルスを受信するアンテナ、１０７はアンテナ１０６により受信されたパルスを送受切換器１０５を介して入力して、受信信号を出力する受信機、１０８は受信機１０７から入力した受信信号を各パルス毎に圧縮するレンジ圧縮手段、１０９はレンジ圧縮された各パルスの受信信号をストアするメモリ、１１０はレンジ圧縮された複数のパルスの受信信号をメモリから読み出し、これらに対してクロスレンジ圧縮を行い、目標の画像を再生するクロスレンジ圧縮手段である。１１１は上述のレンジ圧縮手段１０８とメモリ１０９とクロスレンジ圧縮手段１１０からなる信号処理器である。
【０００４】
次に動作を図１２及び図１３を参照して説明する。
制御回路１０４は、図１２（ａ）、（ｂ）のように時間とともに搬送波周波数がリニアに変化するように、周波数制御信号を制御して、局部発振器１０２に出力する。局部発振器１０２は、制御回路１０４から入力される周波数制御信号に基づいて搬送波周波数を設定した信号を出力する。時間ｔにおける信号の搬送波周波数ｆ（ｔ）は、周波数初期値をｆ0 、周波数変化率をｋとして、下記の式（１）に基づいて設定される。
【０００５】
【数１】
ｆ（ｔ）＝ ｆ0 ＋ ｋｔ （１）
【０００６】
送信機１０１は、局部発振器１０２の出力を増幅し、パルス変調器１０３の送信トリガ信号に同期して、パルスを生成して出力する。送信機１０１から出力された送信パルスは、送受切換器１０５を介してアンテナ１０６に給電され、アンテナ１０６より目標に放射される。次いでアンテナ１０６は、目標から反射されたパルスを受信し、送受切換器１０５を介して、受信機１０７に出力する。受信パルスは受信機１０７において、ビデオ信号に周波数変換された後、位相検波及びディジタル変換され、受信信号として信号処理器１１１に出力される。
【０００７】
信号処理器１１１のレンジ圧縮手段１０８では、各パルス毎に受信機１０７から入力された受信信号に対して、図１２（ｃ）、（ｄ）のような特性をもつ信号を用いて畳込み演算を行う。これにより受信信号は図１２（ｅ）のように、パルスの搬送周波数変化量Δｆの逆数１／Δｆに相当するパルス幅にレンジ圧縮される。
【０００８】
レンジ圧縮手段１０８によりレンジ圧縮された各パルスの受信信号は、メモリ１０９にストアされる。クロスレンジ圧縮手段１１０は、レンジ圧縮された複数のパルスの受信信号をメモリ１０９から読み出し、図１３のようにこれらの受信信号を２次元に配置する。次にクロスレンジ圧縮手段１１０は、レンジ方向に下記の式（２）でセル間隔ΔＲが与えられるセル毎に、複数のパルスの受信信号に対して、図１２（ｃ）、（ｄ）のような特性をもつ信号を用いて、ディジタル信号処理の分野で周知の畳込み演算を行う。ここでｃは光速を表す。これにより受信信号はクロスレンジ方向に圧縮されて、目標の画像が再生される。
【０００９】
【数２】
ΔＲ ＝ ｃ／（２Δｆ） （２）
【００１０】
このとき目標散乱点の検出は、再生された目標の画像上で、レンジ方向のセル間隔ΔＲ毎に得られる振幅値のピークを検出することにより行われる。
【００１１】
以上のようにして、観測対象となる目標に対して搬送波周波数が時間とともに変化するパルスを送信し、反射されたパルスから目標の画像を再生して目標散乱点を検出することができる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
従来の合成開口レーダ装置は、以上のように構成されているので、上記の式（２）により与えられるセル間隔ΔＲ以下でレンジ方向に近接した目標散乱点を分離して検出すること、すなわち分解能ΔＲ以上の解像度で、目標散乱点の検出ができないという課題があった。
【００１３】
この発明は上記の課題を解消するためになされたものであり、パルスの搬送周波数変化量Δｆによって決まる分解能以上の解像度で、目標散乱点の検出が可能な合成開口レーダ装置及びこの合成開口レーダ装置における目標散乱点検出方法を得ることを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る合成開口レーダ装置は、レンジ方向に高速フーリエ変換処理を行う周波数変換手段と、この周波数変換手段により得られた周波数データを用いて、上記画像のレンジ方向について超解像処理を行い、目標散乱点のレンジと反射強度を算出する超解像処理手段とを備え、上記超解像処理手段が、周波数データの相互相関値を要素とする相関行列の計算を行う相関行列算出手段と、上記相関行列の一部から小行列を構成し、これらの小行列の移動平均から平均相関行列を算出する移動平均算出手段と、上記平均相関行列の固有値解析を行い最小固有値を求める固有値解析手段と、上記最小固有値から算出した固有ベクトルを用いて評価関数を計算する評価関数算出手段と、上記評価関数の振幅値のピークを検索して、このピークを与えるレンジ値より目標散乱点のレンジを推定するレンジ推定手段と、上記レンジの推定値を用いて、上記目標散乱点の反射強度を推定する反射強度推定手段とを有し、上記周波数変換手段により得られた周波数データを高速逆フーリエ変換して、目標のレンジ方向のレンジプロフィールを生成する時間変換手段を備え、この時間変換手段により得られたレンジプロフィールに基づいて、レンジ推定手段が評価関数の振幅値のピークを検索するレンジ範囲を設定するように構成したものである。
【００１５】
この発明に係る合成開口レーダ装置は、レンジ推定手段により推定した目標散乱点のレンジと反射強度推定手段により推定した上記目標散乱点の反射強度を、上記時間変換手段により得られたレンジプロフィールと比較して、上記レンジプロフィールを超えるレンジと反射強度の推定値を持つ目標散乱点を削除する判定手段を備えたものである。
【００１６】
この発明に係る合成開口レーダ装置は、レンジ推定手段により推定した目標散乱点のレンジと反射強度推定手段により推定した上記目標散乱点の反射強度を、時間変換手段により得られたレンジプロフィールと比較して、このレンジプロフィールを超えるレンジと反射強度の推定値を持つ目標散乱点が存在するときに、判定手段が最小固有値変更指令を出力して、固有値解析手段が最小固有値を１つ繰り上げた固有値に設定を変更するようにして、上記レンジ推定手段により目標散乱点のレンジの推定を行うとともに上記反射強度推定手段により反射強度の推定を行い、上記レンジプロフィールを超えるレンジと反射強度の推定値を持つ目標散乱点が存在しなくなるまで、この最小固有値の再設定と目標散乱点のレンジと反射強度の推定を繰り返し実行するように構成したものである。
【００１７】
この発明に係る合成開口レーダ装置における目標散乱点検出方法は、画像のクロスレンジ方向の各成分について、レンジ方向に高速フーリエ変換処理を行う第１のステップと、この第１のステップにより得られた周波数データの相互相関値を要素とする相関行列の計算を行う第２のステップと、上記相関行列の一部から小行列を構成し、これらの小行列の移動平均から平均相関行列を算出する第３のステップと、上記平均相関行列の固有値解析を行い最小固有値を求める第４のステップと、上記最小固有値から算出した固有ベクトルを用いて評価関数を計算する第５のステップと、上記評価関数の振幅値のピークを検索して、このピークを与えるレンジ値より上記目標散乱点のレンジを推定する第６のステップと、上記レンジの推定値を用いて、上記目標散乱点の反射強度を推定する第７のステップと、上記第１のステップにより得られた周波数データを高速逆フーリエ変換して、目標のレンジ方向のレンジプロフィールを生成する第８のステップを備え、この第８のステップにより得られたレンジプロフィールに基づいて、第６のステップの代わりに上記評価関数の振幅値のピークを検索するレンジ範囲を設定するものである。
【００１８】
この発明に係る合成開口レーダ装置における目標散乱点検出方法は、第６のステップにより推定した散乱点のレンジと第７のステップにより推定した目標散乱点の反射強度を、第８のステップにより得られたレンジプロフィールと比較して、このレンジプロフィールを超えるレンジと反射強度の推定値を持つ散乱点を削除する第９のステップを用いるものである。
【００１９】
この発明に係る合成開口レーダ装置における目標散乱点検出方法は、第６のステップにより推定した目標散乱点のレンジと第７のステップにより推定した目標散乱点の反射強度を、第８のステップにより得られたレンジプロフィールと比較して、このレンジプロフィールを超えるレンジと反射強度の推定値を持つ目標散乱点が存在するときに、第９のステップが最小固有値変更指令を出力して、上記第４のステップが最小固有値を１つ繰り上げた固有値に設定し直して、上記第６のステップにより目標散乱点のレンジの推定を行うとともに上記第７のステップにより反射強度の推定を行い、上記レンジプロフィールを超えるレンジと反射強度の推定値を持つ目標散乱点が存在しなくなるまで、この最小固有値の再設定と目標散乱点のレンジと反射強度の推定を繰り返し実行するものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を図を参照して説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明のレーダ装置の実施の形態１を示す構成図である。図において、１はパルスを出力する送信機、２は後述の制御回路４から入力される周波数制御信号に基づいて時間とともに周波数を変化させた信号を出力する局部発振器、３は送信機１に対してトリガ信号を発生するパルス変調器である。制御回路４は局部発振器２に対する周波数制御信号を出力する。５は送受信を切換える送受切換器、６は送受切換器５を介して送信機１から出力されるパルスを目標に対して送信し、また目標から反射されたパルスを受信するアンテナ、７はアンテナ６により受信されたパルスを入力して、受信信号を出力する受信機、８は受信機７から入力した受信信号を各パルス毎に圧縮するレンジ圧縮手段、９はレンジ圧縮された各パルスの受信信号をストアするメモリ、１０はレンジ圧縮された複数のパルスの受信信号をメモリから読み出し、これらに対してクロスレンジ圧縮を行い、目標の画像を再生するクロスレンジ圧縮手段、１２は周波数変換手段、１３ａは超解像処理手段である。１１は上述のレンジ圧縮手段８とメモリ９とクロスレンジ圧縮手段１０と周波数変換手段１２と超解像処理手段１３ａからなる信号処理器である。
【００２１】
図２は超解像処理手段１３ａの具体的回路構成の一例を示すブロック図である。図において、１４は周波数変換手段１２により得られた周波数データの相互相関値を要素とする相関行列の計算を行う相関行列算出手段、１５は相関行列算出手段１４で算出された相関行列の一部から小行列を構成し、これらの小行列の移動平均から平均相関行列を算出する移動平均算出手段、１６ａは移動平均算出手段１５で算出された平均相関行列の固有値解析を行い最小固有値λmin を求める固有値解析手段、１７は固有値解析手段１６ａで得られた最小固有値λmin から算出した固有ベクトルを用いて評価関数Ｐ（ｔ）を計算する評価関数算出手段、１８ａは評価関数算出手段１７で算出された評価関数Ｐ（ｔ）の振幅値のピークを検索して、このピークを与えるレンジ値より目標散乱点のレンジを推定するレンジ推定手段、１９は相関行列算出手段１４からの相関行列Ｒ、固有値解析手段１６ａからの最小固有値λmin 及びレンジ推定手段１８ａからのレンジ値に基づいて、目標散乱点の反射強度を計算する反射強度推定手段である。
【００２２】
次に動作を図３〜図５を用いて説明する。周波数変換手段１２は、図３のようにクロスレンジ圧縮手段１０により得られた目標の画像のクロスレンジ方向の各成分（ｘ1 、ｘ2 、…、ｘN ）に対して、それぞれレンジ方向にデータ列を構成し、これらのデータに対して高速フーリエ変換を行い（第１のステップ）、周波数データ（ｚ1 、ｚ2 、…、ｚM ）に変換して、超解像処理手段１３ａに出力する。相関行列算出手段１４は周波数変換手段１２より入力された周波数データに対して、下記の式（３）で定義される相関行列Ｒを算出する（第２のステップ）。ここで、＊は共役複素数を表わす。
【００２３】
【数３】
【００２４】
次に移動平均算出手段１５は、図４に示すように、相関行列算出手段１４から出力された相関行列Ｒの一部から、次数Ｍ0 の小行列Ｒ1 を構成する。更に移動平均算出手段１５は、相関行列から構成したＬ個の小行列Ｒ1 を平均化して、下記の式（４）で定義される平均相関行列Ｒを算出する（第３のステップ）。
【００２５】
【数４】
【００２６】
次いで固有値解析手段１６ａは、平均相関行列Ｒの固有値解析を実行する（第４のステップ）。この時、求められる次数Ｍ0 個の固有値λm （ｍ＝１、２、…、Ｍ0 ）に対して、下記の式（５）に示す関係式が成り立つ。
【００２７】
【数５】
λ1 ＞λ2 ＞…＞λk ＞λk+1 ＞＝λk+2 ＝…＝λM0 （５）
【００２８】
ここで固有値解析手段１６ａは、最小固有値λmin （λk+1 ＝λk+2 ＝ … ＝λM0）よりも大きい固有値の数を、目標散乱点の数Ｋと推定する。次に、評価関数算出手段１７は、固有値解析手段１６ａにより求めた最小固有値λm （ｍ＝ｋ＋１、…、Ｍ0 ）に対応する固有ベクトルｅｎ＝［ｅk+1 、…、ｅM0］と下記の式（６）で与えられるモードベクトルａ（ｒk ）とから、式（７）で定義される評価関数Ｐ（ｒk ）を算出する（第５のステップ）。
【００２９】
ここで、ｒk はレンジ、Ｆ0 はパルスの搬送波周波数の中心値をｆc として、式（８）で与えられる初期値、ΔＦは目標の画像のレンジ方向のセル数をＭとして、式（９）で与えられるステップ値、Ｈは複素共役転置、Ｔはベクトルの転置をそれぞれ表わす。
【００３０】
【数６】
【００３１】
次いでレンジ推定手段１８ａは、図５に示すように評価関数Ｐ（ｔ）の振幅値のピークを、原点より検索し、ピークを与えるレンジ値ｒk を求める（第６のステップ）。
【００３２】
反射強度推定手段１９は、下記の式（１０）で定義されるモードベクトルａ（ｒk ）、式（１１）で定義される行列Ａを、 それぞれレンジ推定手段１８ａより入力したレンジ値ｒk を代入して計算する。
【００３３】
【数７】
【００３４】
更に反射強度推定手段１９は、行列Ａ、相関行列Ｒ、最小固有値λmin 、Ｍ×Ｍの単位行列Ｉから、下記の式（１２）により行列Ｓを算出する。
【００３５】
【数８】
Ｓ＝（ＡH Ａ）-1ＡH （Ｒ−λmin Ｉ）Ａ（ＡH Ａ）-1 （１２）
【００３６】
反射強度推定手段１９は、算出した行列Ｓの対角項から、目標散乱点の反射強度を推定する（第７のステップ）。このようにして超解像処理手段１３ａは、レンジ推定手段１８ａにより推定した目標散乱点のレンジ値と、反射強度推定手段１９により算出した目標散乱点の反射強度をもとに目標散乱点を検出する。このような方法で目標散乱点を検出した場合、前記式（２）で規定される分解能以上の解像度で、目標の散乱点を検出できる。このことは例えば、公知文献Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｅｍｉｔｔｅｒ Ｌｏｃａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｓｉｇｎａｌ Ｐａｒａｍｅｔｅｒ Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ（Ｒ．Ｏ．Ｓｃｈｍｉｄｔ著、ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ． ＡＰ−３４，３，ｐｐ．２７６−２８０（１９８６））からも理解できる。
【００３７】
以上説明したように、この発明による合成開口レーダ装置では、パルスの搬送周波数変化量Δｆによって決まる分解能以上の解像度で、目標散乱点を検出することができる。
【００３８】
実施の形態２．
実施の形態１で示した周波数変換手段１２から出力される周波数データを、高速逆フーリエ変換して目標のレンジ方向のレンジプロフィール２４を生成する（第８のステップ）時間変換手段２３を図６のように備える。図７に示すように、このレンジプロフィール２４に基づいて設定したピーク検索範囲で、レンジ推定手段１８ｂが評価関数の振幅値のピーク検索を行う。これにより、レンジ推定手段１８ｂにおける演算量を減少させることができる。
【００３９】
実施の形態３．
実施の形態２で示した超解像処理手段１３ｂにおいて、レンジ推定手段１８ｂが推定した目標散乱点のレンジと反射強度推定手段１９が推定した目標散乱点の反射強度を、時間変換手段２３により得られたレンジプロフィール２４と比較して、レンジプロフィールを超えるレンジと反射強度の推定値を持つ目標散乱点を削除する（第９のステップ）判定手段２５ａを図８に示すように備える。これにより、目標散乱点の検出精度を改善することができる。
【００４０】
実施の形態４．
実施の形態３で示した超解像処理手段１３ｃにおいて、レンジ推定手段１８ｂにより推定した目標散乱点のレンジ及び反射強度推定手段１９により推定した目標散乱点の反射強度を、時間変換手段２３により得られたレンジプロフィールと判定手段２５ｂが比較する。レンジプロフィールを超えるレンジと反射強度の推定値を持つ目標散乱点が存在するとき、図９に示すように、判定手段２５ｂが最小固有値変更指令を出力して、固有値解析手段１６ｂが最小固有値を１つ繰り上げた固有値（大きくした固有値）に設定を変更して、目標散乱点のレンジと反射強度の推定を再度実行する。
【００４１】
図１０に示すフローチャートに従って、まず、目標散乱点の推定（ステップＳＴ１）をし、目標散乱点の推定値＞レンジプロフィールかを判断し（ステップＳＴ２）、ＹＥＳならば、最小固有値変更：λmin ＝λmin-1 を行ってステップＳＴ１に戻る動作を繰り返し（ステップＳＴ３）、ステップＳＴ２の判断結果がＮＯ、つまりレンジプロフィールを超えるレンジと反射強度の推定値を持つ目標散乱点が存在しなくなるまで、この最小固有値の再設定と目標散乱点のレンジと反射強度の推定を繰り返して実行する。これにより、目標散乱点数の推定精度を改善することができる。
【００４２】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、受信信号から算出した平均相関行列の最小固有値に対する評価関数の振幅値のピークを与えるレンジ値に基づく、目標散乱点のレンジと反射強度を計測する超解像処理手段を備え、超解像処理手段が、周波数データの相互相関値を要素とする相関行列の計算を行う相関行列算出手段と、相関行列の一部から小行列を構成し、これらの小行列の移動平均から平均相関行列を算出する移動平均算出手段と、平均相関行列の固有値解析を行い最小固有値を求める固有値解析手段と、最小固有値から算出した固有ベクトルを用いて評価関数を計算する評価関数算出手段と、評価関数の振幅値のピークを検索して、このピークを与えるレンジ値より目標の散乱点のレンジを推定するレンジ推定手段と、上記レンジの推定値を用いて、上記目標の散乱点の反射強度を推定する反射強度推定手段とを有し、周波数変換手段により得られた周波数データを高速逆フーリエ変換して、目標のレンジ方向のレンジプロフィールを生成する時間変換手段を設け、この時間変換手段により得られたレンジプロフィールに基づいて、レンジ推定手段が上記評価関数の振幅値のピークを検索するレンジ範囲を設定するように構成したので、パルスの搬送周波数変化量Δｆによって決まる分解能、即ち式（２）で規定される分解能以上の解像度で目標散乱点の検出を高い精度で行うことができ、レンジ推定手段の演算量を削減することができるという効果がある。
【００４３】
この発明によれば、レンジ推定手段により推定した散乱点のレンジと、反射強度推定手段により推定した散乱点の反射強度を、時間変換手段により得られたレンジプロフィールと比較して、レンジプロフィールを超えるレンジと反射強度の推定値を持つ散乱点を削除する判定手段を設けて構成したので、目標散乱点の検出精度を改善することができるという効果がある。
【００４４】
この発明によれば、レンジ推定手段により推定した散乱点のレンジと、反射強度推定手段により推定した散乱点の反射強度を、時間変換手段により得られたレンジプロフィールと比較して、レンジプロフィールを超えるレンジと、反射強度の推定値を持つ散乱点が存在するときに、判定手段が最小固有値変更指令を出力して、固有値解析手段が最小固有値を１つ繰り上げた（大きくした）固有値に設定し直すようにして、レンジ推定手段により散乱点のレンジの推定を行うとともに、反射強度推定手段により反射強度の推定を行い、レンジプロフィールを超えるレンジと反射強度の推定値を持つ散乱点が存在しなくなるまで、この最小固有値の再設定と散乱点のレンジと反射強度の推定を繰り返し実行するように構成したので、目標散乱点数の推定精度を改善することができるという効果がある。
【００４５】
この発明によれば、目標の画像のクロスレンジ方向の各成分について、レンジ方向に高速フーリエ変換処理を行う第１のステップと、この第１のステップにより得られた周波数データの相互相関値を要素とする相関行列の計算を行う第２のステップと、相関行列の一部から小行列を構成し、これらの小行列の移動平均から平均相関行列を算出する第３のステップと、平均相関行列の固有値解析を行い最小固有値を求める第４のステップと、最小固有値から算出した固有ベクトルを用いて評価関数を計算する第５のステップと、評価関数の振幅値のピークを検索して、このピークを与えるレンジ値より目標の散乱点のレンジを推定する第６のステップと、レンジの推定値を用いて、目標の散乱点の反射強度を推定する第７のステップと、第１のステップにより得られた周波数データを高速逆フーリエ変換して、目標のレンジ方向のレンジプロフィールを生成する第８のステップを設け、この第８のステップにより得られたレンジプロフィールに基づいて、第６のステップが評価関数の振幅値のピークを検索するレンジ範囲を設定するようにしたので、パルスの搬送周波数変化量によって決まる分解能、即ち式（２）で規定される分解能以上の解像度で目標散乱点を検出でき、ピーク検索に要する演算量を削減し、迅速に目標散乱点の検出を行うことができるという効果がある。
【００４６】
この発明によれば、第６のステップにより推定した散乱点のレンジと第７のステップにより推定した散乱点の反射強度を、上記第８のステップにより得られたレンジプロフィールと比較して、このレンジプロフィールを超えるレンジと反射強度の推定値を持つ散乱点を削除する第９のステップを用いるようにしたので、目標散乱点の検出精度を改善することができるという効果がある。
【００４７】
この発明によれば、第６のステップにより推定した目標散乱点のレンジと第７のステップにより推定した目標散乱点の反射強度を、第８のステップにより得られたレンジプロフィールと比較して、このレンジプロフィールを超えるレンジと反射強度の推定値を持つ目標散乱点が存在するときに、第９のステップが最小固有値変更指令を出力して、第４のステップが最小固有値を１つ繰り上げた固有値に設定し直して、上記第６のステップにより目標散乱点のレンジの推定を行うとともに第７のステップにより反射強度の推定を行い、レンジプロフィールを超えるレンジと反射強度の推定値を持つ目標散乱点が存在しなくなるまで、この最小固有値の再設定と目標散乱点のレンジと反射強度の推定を繰り返し実行するようにしたので、目標散乱点数の推定精度を改善することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１を示す合成開口レーダ装置の構成図である。
【図２】 この発明の実施の形態１における超解像処理手段の構成図である。
【図３】 目標の画像と周波数変換手段がｙ軸方向に構成するデータ列を示す説明図である。
【図４】 この発明の実施の形態１における相関行列と小行列の関係を示す説明図である。
【図５】 この発明の実施の形態１における評価関数のピーク検索の説明図である。
【図６】 この発明の実施の形態２における超解像処理手段の構成図である。
【図７】 この発明の実施の形態２における評価関数のピーク検索の説明図である。
【図８】 この発明の実施の形態３における超解像処理手段の構成図である。
【図９】 この発明の実施の形態４における超解像処理手段の構成図である。
【図１０】 この発明の実施の形態４における最小固有値の設定変更処理のフローチャートである。
【図１１】 従来の合成開口レーダ装置を示す構成図である。
【図１２】 従来の合成開口レーダ装置のレンジ圧縮とクロスレンジ圧縮の説明図である。
【図１３】 従来の合成開口レーダ装置のクロスレンジ圧縮手段が構成する受信信号の２次元配置を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 送信機、２ 局部発振器、３ パルス変調器、４ 制御回路、５ 送受切換器、６ アンテナ、７ 受信機、８ レンジ圧縮手段、９ メモリ、１０ クロスレンジ圧縮手段、１１ 信号処理器、１２ 周波数変換手段、１３ａ，１３ｂ，１３ｃ 超解像処理手段、１４ 相関行列算出手段、１５ 移動平均算出手段、１６ａ，１６ｂ 固有値解析手段、１７ 評価関数算出手段、１８ａ，１８ｂ レンジ推定手段、１９ 反射強度推定手段、２０ 相関行列、２１ 小行列、２２ 評価関数、２３ 時間変換手段、２４ レンジプロフィール、２５ａ，２５ｂ 判定手段、１０１ 送信機、１０２ 局部発振器、１０３，１０４ 制御回路、１０５ 送受切換器、１０６ アンテナ、１０７ 受信機、１０８ レンジ圧縮手段、１０９ メモリ、１１０ クロスレンジ圧縮手段、１１１ 信号処理器。
【発明の属する技術分野】
この発明は観測対象となる目標に対して、搬送波周波数が時間とともに変化するパルスを送信し、反射されたパルスから目標の画像を再生して目標散乱点を検出する合成開口レーダ装置及びこの合成開口レーダ装置における目標散乱点検出方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の合成開口レーダ装置として、例えばＡｉｒｂｏｒｎｅ Ｐｕｌｓｅｄ Ｄｏｐｐｌｅｒ（Ｒａｄａｒ Ｓｅｃｏｎｄ Ｅｄｉｔｉｏｎ，Ｇｕｙ Ｍｏｒｒｉｓ ａｎｄ Ｌｉｎｄａ Ｈａｒｋｎｅｓｓ，Ａｒｔｅｃｈ Ｈｏｕｓｅ，１９９７）に示されたものがあり、図１１は上記文献に示された従来の合成開口レーダ装置の一例を示した図である。
【０００３】
図１１において、１０１はパルスを出力する送信機、１０２は後述の制御回路１０４から入力される周波数制御信号に基づいて時間とともに周波数を変化させた信号を出力する局部発振器、１０３は送信機１に対してトリガ信号を発生するパルス変調器である。制御回路１０４は局部発振器１０２に対する周波数制御信号を出力する。１０５は送受信を切換える送受切換器、１０６は送受切換器１０５を介して送信機１０１から出力されるパルスを目標に対して送信し、また目標から反射されたパルスを受信するアンテナ、１０７はアンテナ１０６により受信されたパルスを送受切換器１０５を介して入力して、受信信号を出力する受信機、１０８は受信機１０７から入力した受信信号を各パルス毎に圧縮するレンジ圧縮手段、１０９はレンジ圧縮された各パルスの受信信号をストアするメモリ、１１０はレンジ圧縮された複数のパルスの受信信号をメモリから読み出し、これらに対してクロスレンジ圧縮を行い、目標の画像を再生するクロスレンジ圧縮手段である。１１１は上述のレンジ圧縮手段１０８とメモリ１０９とクロスレンジ圧縮手段１１０からなる信号処理器である。
【０００４】
次に動作を図１２及び図１３を参照して説明する。
制御回路１０４は、図１２（ａ）、（ｂ）のように時間とともに搬送波周波数がリニアに変化するように、周波数制御信号を制御して、局部発振器１０２に出力する。局部発振器１０２は、制御回路１０４から入力される周波数制御信号に基づいて搬送波周波数を設定した信号を出力する。時間ｔにおける信号の搬送波周波数ｆ（ｔ）は、周波数初期値をｆ0 、周波数変化率をｋとして、下記の式（１）に基づいて設定される。
【０００５】
【数１】
ｆ（ｔ）＝ ｆ0 ＋ ｋｔ （１）
【０００６】
送信機１０１は、局部発振器１０２の出力を増幅し、パルス変調器１０３の送信トリガ信号に同期して、パルスを生成して出力する。送信機１０１から出力された送信パルスは、送受切換器１０５を介してアンテナ１０６に給電され、アンテナ１０６より目標に放射される。次いでアンテナ１０６は、目標から反射されたパルスを受信し、送受切換器１０５を介して、受信機１０７に出力する。受信パルスは受信機１０７において、ビデオ信号に周波数変換された後、位相検波及びディジタル変換され、受信信号として信号処理器１１１に出力される。
【０００７】
信号処理器１１１のレンジ圧縮手段１０８では、各パルス毎に受信機１０７から入力された受信信号に対して、図１２（ｃ）、（ｄ）のような特性をもつ信号を用いて畳込み演算を行う。これにより受信信号は図１２（ｅ）のように、パルスの搬送周波数変化量Δｆの逆数１／Δｆに相当するパルス幅にレンジ圧縮される。
【０００８】
レンジ圧縮手段１０８によりレンジ圧縮された各パルスの受信信号は、メモリ１０９にストアされる。クロスレンジ圧縮手段１１０は、レンジ圧縮された複数のパルスの受信信号をメモリ１０９から読み出し、図１３のようにこれらの受信信号を２次元に配置する。次にクロスレンジ圧縮手段１１０は、レンジ方向に下記の式（２）でセル間隔ΔＲが与えられるセル毎に、複数のパルスの受信信号に対して、図１２（ｃ）、（ｄ）のような特性をもつ信号を用いて、ディジタル信号処理の分野で周知の畳込み演算を行う。ここでｃは光速を表す。これにより受信信号はクロスレンジ方向に圧縮されて、目標の画像が再生される。
【０００９】
【数２】
ΔＲ ＝ ｃ／（２Δｆ） （２）
【００１０】
このとき目標散乱点の検出は、再生された目標の画像上で、レンジ方向のセル間隔ΔＲ毎に得られる振幅値のピークを検出することにより行われる。
【００１１】
以上のようにして、観測対象となる目標に対して搬送波周波数が時間とともに変化するパルスを送信し、反射されたパルスから目標の画像を再生して目標散乱点を検出することができる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
従来の合成開口レーダ装置は、以上のように構成されているので、上記の式（２）により与えられるセル間隔ΔＲ以下でレンジ方向に近接した目標散乱点を分離して検出すること、すなわち分解能ΔＲ以上の解像度で、目標散乱点の検出ができないという課題があった。
【００１３】
この発明は上記の課題を解消するためになされたものであり、パルスの搬送周波数変化量Δｆによって決まる分解能以上の解像度で、目標散乱点の検出が可能な合成開口レーダ装置及びこの合成開口レーダ装置における目標散乱点検出方法を得ることを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る合成開口レーダ装置は、レンジ方向に高速フーリエ変換処理を行う周波数変換手段と、この周波数変換手段により得られた周波数データを用いて、上記画像のレンジ方向について超解像処理を行い、目標散乱点のレンジと反射強度を算出する超解像処理手段とを備え、上記超解像処理手段が、周波数データの相互相関値を要素とする相関行列の計算を行う相関行列算出手段と、上記相関行列の一部から小行列を構成し、これらの小行列の移動平均から平均相関行列を算出する移動平均算出手段と、上記平均相関行列の固有値解析を行い最小固有値を求める固有値解析手段と、上記最小固有値から算出した固有ベクトルを用いて評価関数を計算する評価関数算出手段と、上記評価関数の振幅値のピークを検索して、このピークを与えるレンジ値より目標散乱点のレンジを推定するレンジ推定手段と、上記レンジの推定値を用いて、上記目標散乱点の反射強度を推定する反射強度推定手段とを有し、上記周波数変換手段により得られた周波数データを高速逆フーリエ変換して、目標のレンジ方向のレンジプロフィールを生成する時間変換手段を備え、この時間変換手段により得られたレンジプロフィールに基づいて、レンジ推定手段が評価関数の振幅値のピークを検索するレンジ範囲を設定するように構成したものである。
【００１５】
この発明に係る合成開口レーダ装置は、レンジ推定手段により推定した目標散乱点のレンジと反射強度推定手段により推定した上記目標散乱点の反射強度を、上記時間変換手段により得られたレンジプロフィールと比較して、上記レンジプロフィールを超えるレンジと反射強度の推定値を持つ目標散乱点を削除する判定手段を備えたものである。
【００１６】
この発明に係る合成開口レーダ装置は、レンジ推定手段により推定した目標散乱点のレンジと反射強度推定手段により推定した上記目標散乱点の反射強度を、時間変換手段により得られたレンジプロフィールと比較して、このレンジプロフィールを超えるレンジと反射強度の推定値を持つ目標散乱点が存在するときに、判定手段が最小固有値変更指令を出力して、固有値解析手段が最小固有値を１つ繰り上げた固有値に設定を変更するようにして、上記レンジ推定手段により目標散乱点のレンジの推定を行うとともに上記反射強度推定手段により反射強度の推定を行い、上記レンジプロフィールを超えるレンジと反射強度の推定値を持つ目標散乱点が存在しなくなるまで、この最小固有値の再設定と目標散乱点のレンジと反射強度の推定を繰り返し実行するように構成したものである。
【００１７】
この発明に係る合成開口レーダ装置における目標散乱点検出方法は、画像のクロスレンジ方向の各成分について、レンジ方向に高速フーリエ変換処理を行う第１のステップと、この第１のステップにより得られた周波数データの相互相関値を要素とする相関行列の計算を行う第２のステップと、上記相関行列の一部から小行列を構成し、これらの小行列の移動平均から平均相関行列を算出する第３のステップと、上記平均相関行列の固有値解析を行い最小固有値を求める第４のステップと、上記最小固有値から算出した固有ベクトルを用いて評価関数を計算する第５のステップと、上記評価関数の振幅値のピークを検索して、このピークを与えるレンジ値より上記目標散乱点のレンジを推定する第６のステップと、上記レンジの推定値を用いて、上記目標散乱点の反射強度を推定する第７のステップと、上記第１のステップにより得られた周波数データを高速逆フーリエ変換して、目標のレンジ方向のレンジプロフィールを生成する第８のステップを備え、この第８のステップにより得られたレンジプロフィールに基づいて、第６のステップの代わりに上記評価関数の振幅値のピークを検索するレンジ範囲を設定するものである。
【００１８】
この発明に係る合成開口レーダ装置における目標散乱点検出方法は、第６のステップにより推定した散乱点のレンジと第７のステップにより推定した目標散乱点の反射強度を、第８のステップにより得られたレンジプロフィールと比較して、このレンジプロフィールを超えるレンジと反射強度の推定値を持つ散乱点を削除する第９のステップを用いるものである。
【００１９】
この発明に係る合成開口レーダ装置における目標散乱点検出方法は、第６のステップにより推定した目標散乱点のレンジと第７のステップにより推定した目標散乱点の反射強度を、第８のステップにより得られたレンジプロフィールと比較して、このレンジプロフィールを超えるレンジと反射強度の推定値を持つ目標散乱点が存在するときに、第９のステップが最小固有値変更指令を出力して、上記第４のステップが最小固有値を１つ繰り上げた固有値に設定し直して、上記第６のステップにより目標散乱点のレンジの推定を行うとともに上記第７のステップにより反射強度の推定を行い、上記レンジプロフィールを超えるレンジと反射強度の推定値を持つ目標散乱点が存在しなくなるまで、この最小固有値の再設定と目標散乱点のレンジと反射強度の推定を繰り返し実行するものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を図を参照して説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明のレーダ装置の実施の形態１を示す構成図である。図において、１はパルスを出力する送信機、２は後述の制御回路４から入力される周波数制御信号に基づいて時間とともに周波数を変化させた信号を出力する局部発振器、３は送信機１に対してトリガ信号を発生するパルス変調器である。制御回路４は局部発振器２に対する周波数制御信号を出力する。５は送受信を切換える送受切換器、６は送受切換器５を介して送信機１から出力されるパルスを目標に対して送信し、また目標から反射されたパルスを受信するアンテナ、７はアンテナ６により受信されたパルスを入力して、受信信号を出力する受信機、８は受信機７から入力した受信信号を各パルス毎に圧縮するレンジ圧縮手段、９はレンジ圧縮された各パルスの受信信号をストアするメモリ、１０はレンジ圧縮された複数のパルスの受信信号をメモリから読み出し、これらに対してクロスレンジ圧縮を行い、目標の画像を再生するクロスレンジ圧縮手段、１２は周波数変換手段、１３ａは超解像処理手段である。１１は上述のレンジ圧縮手段８とメモリ９とクロスレンジ圧縮手段１０と周波数変換手段１２と超解像処理手段１３ａからなる信号処理器である。
【００２１】
図２は超解像処理手段１３ａの具体的回路構成の一例を示すブロック図である。図において、１４は周波数変換手段１２により得られた周波数データの相互相関値を要素とする相関行列の計算を行う相関行列算出手段、１５は相関行列算出手段１４で算出された相関行列の一部から小行列を構成し、これらの小行列の移動平均から平均相関行列を算出する移動平均算出手段、１６ａは移動平均算出手段１５で算出された平均相関行列の固有値解析を行い最小固有値λmin を求める固有値解析手段、１７は固有値解析手段１６ａで得られた最小固有値λmin から算出した固有ベクトルを用いて評価関数Ｐ（ｔ）を計算する評価関数算出手段、１８ａは評価関数算出手段１７で算出された評価関数Ｐ（ｔ）の振幅値のピークを検索して、このピークを与えるレンジ値より目標散乱点のレンジを推定するレンジ推定手段、１９は相関行列算出手段１４からの相関行列Ｒ、固有値解析手段１６ａからの最小固有値λmin 及びレンジ推定手段１８ａからのレンジ値に基づいて、目標散乱点の反射強度を計算する反射強度推定手段である。
【００２２】
次に動作を図３〜図５を用いて説明する。周波数変換手段１２は、図３のようにクロスレンジ圧縮手段１０により得られた目標の画像のクロスレンジ方向の各成分（ｘ1 、ｘ2 、…、ｘN ）に対して、それぞれレンジ方向にデータ列を構成し、これらのデータに対して高速フーリエ変換を行い（第１のステップ）、周波数データ（ｚ1 、ｚ2 、…、ｚM ）に変換して、超解像処理手段１３ａに出力する。相関行列算出手段１４は周波数変換手段１２より入力された周波数データに対して、下記の式（３）で定義される相関行列Ｒを算出する（第２のステップ）。ここで、＊は共役複素数を表わす。
【００２３】
【数３】
次に移動平均算出手段１５は、図４に示すように、相関行列算出手段１４から出力された相関行列Ｒの一部から、次数Ｍ0 の小行列Ｒ1 を構成する。更に移動平均算出手段１５は、相関行列から構成したＬ個の小行列Ｒ1 を平均化して、下記の式（４）で定義される平均相関行列Ｒを算出する（第３のステップ）。
【００２５】
【数４】
次いで固有値解析手段１６ａは、平均相関行列Ｒの固有値解析を実行する（第４のステップ）。この時、求められる次数Ｍ0 個の固有値λm （ｍ＝１、２、…、Ｍ0 ）に対して、下記の式（５）に示す関係式が成り立つ。
【００２７】
【数５】
λ1 ＞λ2 ＞…＞λk ＞λk+1 ＞＝λk+2 ＝…＝λM0 （５）
【００２８】
ここで固有値解析手段１６ａは、最小固有値λmin （λk+1 ＝λk+2 ＝ … ＝λM0）よりも大きい固有値の数を、目標散乱点の数Ｋと推定する。次に、評価関数算出手段１７は、固有値解析手段１６ａにより求めた最小固有値λm （ｍ＝ｋ＋１、…、Ｍ0 ）に対応する固有ベクトルｅｎ＝［ｅk+1 、…、ｅM0］と下記の式（６）で与えられるモードベクトルａ（ｒk ）とから、式（７）で定義される評価関数Ｐ（ｒk ）を算出する（第５のステップ）。
【００２９】
ここで、ｒk はレンジ、Ｆ0 はパルスの搬送波周波数の中心値をｆc として、式（８）で与えられる初期値、ΔＦは目標の画像のレンジ方向のセル数をＭとして、式（９）で与えられるステップ値、Ｈは複素共役転置、Ｔはベクトルの転置をそれぞれ表わす。
【００３０】
【数６】
次いでレンジ推定手段１８ａは、図５に示すように評価関数Ｐ（ｔ）の振幅値のピークを、原点より検索し、ピークを与えるレンジ値ｒk を求める（第６のステップ）。
【００３２】
反射強度推定手段１９は、下記の式（１０）で定義されるモードベクトルａ（ｒk ）、式（１１）で定義される行列Ａを、 それぞれレンジ推定手段１８ａより入力したレンジ値ｒk を代入して計算する。
【００３３】
【数７】
更に反射強度推定手段１９は、行列Ａ、相関行列Ｒ、最小固有値λmin 、Ｍ×Ｍの単位行列Ｉから、下記の式（１２）により行列Ｓを算出する。
【００３５】
【数８】
Ｓ＝（ＡH Ａ）-1ＡH （Ｒ−λmin Ｉ）Ａ（ＡH Ａ）-1 （１２）
【００３６】
反射強度推定手段１９は、算出した行列Ｓの対角項から、目標散乱点の反射強度を推定する（第７のステップ）。このようにして超解像処理手段１３ａは、レンジ推定手段１８ａにより推定した目標散乱点のレンジ値と、反射強度推定手段１９により算出した目標散乱点の反射強度をもとに目標散乱点を検出する。このような方法で目標散乱点を検出した場合、前記式（２）で規定される分解能以上の解像度で、目標の散乱点を検出できる。このことは例えば、公知文献Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｅｍｉｔｔｅｒ Ｌｏｃａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｓｉｇｎａｌ Ｐａｒａｍｅｔｅｒ Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ（Ｒ．Ｏ．Ｓｃｈｍｉｄｔ著、ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ． ＡＰ−３４，３，ｐｐ．２７６−２８０（１９８６））からも理解できる。
【００３７】
以上説明したように、この発明による合成開口レーダ装置では、パルスの搬送周波数変化量Δｆによって決まる分解能以上の解像度で、目標散乱点を検出することができる。
【００３８】
実施の形態２．
実施の形態１で示した周波数変換手段１２から出力される周波数データを、高速逆フーリエ変換して目標のレンジ方向のレンジプロフィール２４を生成する（第８のステップ）時間変換手段２３を図６のように備える。図７に示すように、このレンジプロフィール２４に基づいて設定したピーク検索範囲で、レンジ推定手段１８ｂが評価関数の振幅値のピーク検索を行う。これにより、レンジ推定手段１８ｂにおける演算量を減少させることができる。
【００３９】
実施の形態３．
実施の形態２で示した超解像処理手段１３ｂにおいて、レンジ推定手段１８ｂが推定した目標散乱点のレンジと反射強度推定手段１９が推定した目標散乱点の反射強度を、時間変換手段２３により得られたレンジプロフィール２４と比較して、レンジプロフィールを超えるレンジと反射強度の推定値を持つ目標散乱点を削除する（第９のステップ）判定手段２５ａを図８に示すように備える。これにより、目標散乱点の検出精度を改善することができる。
【００４０】
実施の形態４．
実施の形態３で示した超解像処理手段１３ｃにおいて、レンジ推定手段１８ｂにより推定した目標散乱点のレンジ及び反射強度推定手段１９により推定した目標散乱点の反射強度を、時間変換手段２３により得られたレンジプロフィールと判定手段２５ｂが比較する。レンジプロフィールを超えるレンジと反射強度の推定値を持つ目標散乱点が存在するとき、図９に示すように、判定手段２５ｂが最小固有値変更指令を出力して、固有値解析手段１６ｂが最小固有値を１つ繰り上げた固有値（大きくした固有値）に設定を変更して、目標散乱点のレンジと反射強度の推定を再度実行する。
【００４１】
図１０に示すフローチャートに従って、まず、目標散乱点の推定（ステップＳＴ１）をし、目標散乱点の推定値＞レンジプロフィールかを判断し（ステップＳＴ２）、ＹＥＳならば、最小固有値変更：λmin ＝λmin-1 を行ってステップＳＴ１に戻る動作を繰り返し（ステップＳＴ３）、ステップＳＴ２の判断結果がＮＯ、つまりレンジプロフィールを超えるレンジと反射強度の推定値を持つ目標散乱点が存在しなくなるまで、この最小固有値の再設定と目標散乱点のレンジと反射強度の推定を繰り返して実行する。これにより、目標散乱点数の推定精度を改善することができる。
【００４２】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、受信信号から算出した平均相関行列の最小固有値に対する評価関数の振幅値のピークを与えるレンジ値に基づく、目標散乱点のレンジと反射強度を計測する超解像処理手段を備え、超解像処理手段が、周波数データの相互相関値を要素とする相関行列の計算を行う相関行列算出手段と、相関行列の一部から小行列を構成し、これらの小行列の移動平均から平均相関行列を算出する移動平均算出手段と、平均相関行列の固有値解析を行い最小固有値を求める固有値解析手段と、最小固有値から算出した固有ベクトルを用いて評価関数を計算する評価関数算出手段と、評価関数の振幅値のピークを検索して、このピークを与えるレンジ値より目標の散乱点のレンジを推定するレンジ推定手段と、上記レンジの推定値を用いて、上記目標の散乱点の反射強度を推定する反射強度推定手段とを有し、周波数変換手段により得られた周波数データを高速逆フーリエ変換して、目標のレンジ方向のレンジプロフィールを生成する時間変換手段を設け、この時間変換手段により得られたレンジプロフィールに基づいて、レンジ推定手段が上記評価関数の振幅値のピークを検索するレンジ範囲を設定するように構成したので、パルスの搬送周波数変化量Δｆによって決まる分解能、即ち式（２）で規定される分解能以上の解像度で目標散乱点の検出を高い精度で行うことができ、レンジ推定手段の演算量を削減することができるという効果がある。
【００４３】
この発明によれば、レンジ推定手段により推定した散乱点のレンジと、反射強度推定手段により推定した散乱点の反射強度を、時間変換手段により得られたレンジプロフィールと比較して、レンジプロフィールを超えるレンジと反射強度の推定値を持つ散乱点を削除する判定手段を設けて構成したので、目標散乱点の検出精度を改善することができるという効果がある。
【００４４】
この発明によれば、レンジ推定手段により推定した散乱点のレンジと、反射強度推定手段により推定した散乱点の反射強度を、時間変換手段により得られたレンジプロフィールと比較して、レンジプロフィールを超えるレンジと、反射強度の推定値を持つ散乱点が存在するときに、判定手段が最小固有値変更指令を出力して、固有値解析手段が最小固有値を１つ繰り上げた（大きくした）固有値に設定し直すようにして、レンジ推定手段により散乱点のレンジの推定を行うとともに、反射強度推定手段により反射強度の推定を行い、レンジプロフィールを超えるレンジと反射強度の推定値を持つ散乱点が存在しなくなるまで、この最小固有値の再設定と散乱点のレンジと反射強度の推定を繰り返し実行するように構成したので、目標散乱点数の推定精度を改善することができるという効果がある。
【００４５】
この発明によれば、目標の画像のクロスレンジ方向の各成分について、レンジ方向に高速フーリエ変換処理を行う第１のステップと、この第１のステップにより得られた周波数データの相互相関値を要素とする相関行列の計算を行う第２のステップと、相関行列の一部から小行列を構成し、これらの小行列の移動平均から平均相関行列を算出する第３のステップと、平均相関行列の固有値解析を行い最小固有値を求める第４のステップと、最小固有値から算出した固有ベクトルを用いて評価関数を計算する第５のステップと、評価関数の振幅値のピークを検索して、このピークを与えるレンジ値より目標の散乱点のレンジを推定する第６のステップと、レンジの推定値を用いて、目標の散乱点の反射強度を推定する第７のステップと、第１のステップにより得られた周波数データを高速逆フーリエ変換して、目標のレンジ方向のレンジプロフィールを生成する第８のステップを設け、この第８のステップにより得られたレンジプロフィールに基づいて、第６のステップが評価関数の振幅値のピークを検索するレンジ範囲を設定するようにしたので、パルスの搬送周波数変化量によって決まる分解能、即ち式（２）で規定される分解能以上の解像度で目標散乱点を検出でき、ピーク検索に要する演算量を削減し、迅速に目標散乱点の検出を行うことができるという効果がある。
【００４６】
この発明によれば、第６のステップにより推定した散乱点のレンジと第７のステップにより推定した散乱点の反射強度を、上記第８のステップにより得られたレンジプロフィールと比較して、このレンジプロフィールを超えるレンジと反射強度の推定値を持つ散乱点を削除する第９のステップを用いるようにしたので、目標散乱点の検出精度を改善することができるという効果がある。
【００４７】
この発明によれば、第６のステップにより推定した目標散乱点のレンジと第７のステップにより推定した目標散乱点の反射強度を、第８のステップにより得られたレンジプロフィールと比較して、このレンジプロフィールを超えるレンジと反射強度の推定値を持つ目標散乱点が存在するときに、第９のステップが最小固有値変更指令を出力して、第４のステップが最小固有値を１つ繰り上げた固有値に設定し直して、上記第６のステップにより目標散乱点のレンジの推定を行うとともに第７のステップにより反射強度の推定を行い、レンジプロフィールを超えるレンジと反射強度の推定値を持つ目標散乱点が存在しなくなるまで、この最小固有値の再設定と目標散乱点のレンジと反射強度の推定を繰り返し実行するようにしたので、目標散乱点数の推定精度を改善することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１を示す合成開口レーダ装置の構成図である。
【図２】 この発明の実施の形態１における超解像処理手段の構成図である。
【図３】 目標の画像と周波数変換手段がｙ軸方向に構成するデータ列を示す説明図である。
【図４】 この発明の実施の形態１における相関行列と小行列の関係を示す説明図である。
【図５】 この発明の実施の形態１における評価関数のピーク検索の説明図である。
【図６】 この発明の実施の形態２における超解像処理手段の構成図である。
【図７】 この発明の実施の形態２における評価関数のピーク検索の説明図である。
【図８】 この発明の実施の形態３における超解像処理手段の構成図である。
【図９】 この発明の実施の形態４における超解像処理手段の構成図である。
【図１０】 この発明の実施の形態４における最小固有値の設定変更処理のフローチャートである。
【図１１】 従来の合成開口レーダ装置を示す構成図である。
【図１２】 従来の合成開口レーダ装置のレンジ圧縮とクロスレンジ圧縮の説明図である。
【図１３】 従来の合成開口レーダ装置のクロスレンジ圧縮手段が構成する受信信号の２次元配置を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 送信機、２ 局部発振器、３ パルス変調器、４ 制御回路、５ 送受切換器、６ アンテナ、７ 受信機、８ レンジ圧縮手段、９ メモリ、１０ クロスレンジ圧縮手段、１１ 信号処理器、１２ 周波数変換手段、１３ａ，１３ｂ，１３ｃ 超解像処理手段、１４ 相関行列算出手段、１５ 移動平均算出手段、１６ａ，１６ｂ 固有値解析手段、１７ 評価関数算出手段、１８ａ，１８ｂ レンジ推定手段、１９ 反射強度推定手段、２０ 相関行列、２１ 小行列、２２ 評価関数、２３ 時間変換手段、２４ レンジプロフィール、２５ａ，２５ｂ 判定手段、１０１ 送信機、１０２ 局部発振器、１０３，１０４ 制御回路、１０５ 送受切換器、１０６ アンテナ、１０７ 受信機、１０８ レンジ圧縮手段、１０９ メモリ、１１０ クロスレンジ圧縮手段、１１１ 信号処理器。
Claims (6)
- 観測対象となる目標に対して搬送波周波数が時間とともに変化するパルスを送信し、上記目標から反射されたパルスを受信し、この受信パルスをビデオ信号に周波数変換した後、ディジタル変換した受信信号から上記目標のパルスの送信方向に対応したレンジ成分と該レンジ成分に直交するクロスレンジ成分からなる画像を再生する合成開口レーダ装置において、上記画像のクロスレンジ方向の各成分について、レンジ方向に高速フーリエ変換処理を行う周波数変換手段と、この周波数変換手段により得られた周波数データを用いて上記画像のレンジ方向についての超解像処理を行い、目標散乱点のレンジと反射強度を算出する超解像処理手段とを備え、上記超解像処理手段が、周波数データの相互相関値を要素とする相関行列の計算を行う相関行列算出手段と、上記相関行列の一部から小行列を構成し、これらの小行列の移動平均から平均相関行列を算出する移動平均算出手段と、上記平均相関行列の固有値解析を行い最小固有値を求める固有値解析手段と、上記最小固有値から算出した固有ベクトルを用いて評価関数を計算する評価関数算出手段と、上記評価関数の振幅値のピークを検索して、このピークを与えるレンジ値より目標散乱点のレンジを推定するレンジ推定手段と、上記レンジの推定値を用いて、上記目標散乱点の反射強度を推定する反射強度推定手段とを有し、上記周波数変換手段により得られた周波数データを高速逆フーリエ変換して、上記目標のレンジ方向のレンジプロフィールを合成する時間変換手段を備え、この時間変換手段により得られたレンジプロフィールに基づいて、レンジ推定手段が評価関数の振幅値のピークを検索するレンジ範囲を設定することを特徴とする合成開口レーダ装置。
- レンジ推定手段により推定した目標散乱点のレンジと反射強度推定手段により推定した上記目標散乱点の反射強度を、時間変換手段により得られたレンジプロフィールと比較して、上記レンジプロフィールを超えるレンジと反射強度の推定値を持つ目標散乱点を削除する判定手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の合成開口レーダ装置。
- レンジ推定手段により推定した目標散乱点のレンジと反射強度推定手段により推定した上記目標散乱点の反射強度を、時間変換手段により得られたレンジプロフィールと比較して、このレンジプロフィールを超えるレンジと反射強度の推定値を持つ目標散乱点が存在するときに、判定手段が最小固有値変更指令を出力して、固有値解析手段が最小固有値を１つ繰り上げた固有値に設定し直すようにして、上記レンジ推定手段により目標散乱点のレンジの推定を行うとともに上記反射強度推定手段により反射強度の推定を行い、上記レンジプロフィールを超えるレンジと反射強度の推定値を持つ目標散乱点が存在しなくなるまで、この最小固有値の再設定と目標散乱点のレンジと反射強度の推定を繰り返し実行するように構成したことを特徴とする請求項２記載の合成開口レーダ装置。
- 観測対象となる目標に対して搬送波周波数が時間とともに変化するパルスを送信し、上記目標から反射されたパルスを受信し、この受信パルスをビデオ信号に周波数変換した後、ディジタル変換した受信信号から上記目標のパルスの送信方向に対応したレンジ成分と該レンジ成分に直交するクロスレンジ成分からなる画像を再生する合成開口レーダ装置における目標散乱点検出方法において、上記画像のクロスレンジ方向の各成分について、レンジ方向に高速フーリエ変換処理を行う第１のステップと、この第１のステップにより得られた周波数データの相互相関値を要素とする相関行列の計算を行う第２のステップと、上記相関行列の一部から小行列を構成し、これらの小行列の移動平均から平均相関行列を算出する第３のステップと、上記平均相関行列の固有値解析を行い最小固有値を求める第４のステップと、上記最小固有値から算出した固有ベクトルを用いて評価関数を計算する第５のステップと、上記評価関数の振幅値のピークを検索して、このピークを与えるレンジ値より目標散乱点のレンジを推定する第６のステップと、上記レンジの推定値を用いて、上記目標散乱点の反射強度を推定する第７のステップと、上記第１のステップにより得られた周波数データを高速逆フーリエ変換して、目標のレンジ方向のレンジプロフィールを生成する第８のステップを備え、この第８のステップにより得られたレンジプロフィールに基づいて、第６のステップが評価関数の振幅値のピークを検索するレンジ範囲を設定することを特徴とする合成開口レーダ装置における目標散乱点検出方法。
- 第６のステップにより推定した目標散乱点のレンジと第７のステップにより推定した上記目標散乱点の反射強度を、第８のステップにより得られたレンジプロフィールと比較して、このレンジプロフィールを超えるレンジと反射強度の推定値を持つ目標散乱点を削除する第９のステップを備えたことを特徴とする請求項４記載の合成開口レーダ装置における目標散乱点検出方法。
- 第６のステップにより推定した目標散乱点のレンジと第７のステップにより推定した目標散乱点の反射強度を、第８のステップにより得られたレンジプロフィールと比較して、このレンジプロフィールを超えるレンジと反射強度の推定値を持つ目標散乱点が存在するときに、第９のステップが最小固有値変更指令を出力して、第４のステップが最小固有値を１つ繰り上げた固有値に設定し直すようにして、上記第６のステップにより目標散乱点のレンジの推定を行うとともに上記第７のステップにより反射強度の推定を行い、上記レンジプロフィールを超えるレンジと反射強度の推定値を持つ目標散乱点が存在しなくなるまで、この最小固有値の再設定と目標散乱点のレンジと反射強度の推定を繰り返し実行するように構成したことを特徴とする請求項５記載の合成開口レーダ装置における目標散乱点検出方法。
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