JP3734729B2 - Target observation apparatus and target observation method - Google Patents

Description

ただし、Ａは受信信号Ｇ（ｓ，ｔ）の振幅、φは位相である。
【０００６】
この受信信号Ｇ（ｓ，ｔ）は、極−直交変換部３により座標系が変換されたのち、レンジフーリエ変換部４及びアジマスフーリエ変換部５によって処理され、画像再生がなされる。以下、この観測目標の画像再生の原理を簡単に説明する。
【０００７】
例えば、図９に示すように、観測目標１１が回転運動をしていて、観測目標１１の上にある一定のレーダ断面積を有する反射点１２が存在するとすれば、回転中心１３で反射して受信される信号を基準とした反射点１２からの受信信号の位相φ（ｓ，ｔ）は次の式（２）で表せる。
【数２】

ただし、ｆは瞬時送信周波数、ｆ₀ は送信周波数の初期値、γは送信周波数の時間変化率、θ_tは目標の回転角、ｒ₀ は反射点の回転半径、Ｃは光速、θ₀ は反射点の初期角度である。なお、γは十分大きく、パルス内での孤立反射点の移動は無視できるものとしている。
【０００８】
パルス内時間ｓは、送信信号がチャープ変調されているため送信周波数による位相の変化に対応する。また、観測時間ｔは、目標の角度の変化に伴う位相の変化に対応する。従って、式（２）は送信周波数と目標の角度の変化と受信信号の位相の関係を表わしている。
ここで、次の式（３），式（４）で表わされる変数ｒ，θを導入する。式（３）おけるαはγから決まる定数で、次の式（５）で与えられる。
【数３】

【０００９】
さらに、取り扱いを容易にするため、これらを用いて座標系Ｘｐ，Ｙｐの夫々を、式（６），式（７）のように定義する。
【数４】

【００１０】
この座標系Ｘｐ，Ｙｐは、ｒ，θが受信信号の瞬時送信周波数ｆと目標の回転角度θ_tに対応していることから、目標の形状の空間周波数分布を示している。つまり、式（６）より、次の式（８）が得られる。
【数５】

【００１１】
これを式（７），式（２）に代入して、次の式（９），式（１０）を得る。
【数６】

ここで、式（９）を用いて次の式（１１）に示す結果を得る。
【数７】

ｘ₀ ，ｙ₀ は反射点１２の初期座標であり、ｒ₀，θ₀との関係は、次の式（１２）で与えられる。
【数８】

【００１２】
ところで、観測目標１１の画像を得るということは、観測目標１１の反射点１２のレーダ断面積の空間的な分布を知って、これを平面上にマッピングするということであるから、すべての反射点１２について式（１１）におけるｘ₀ ，ｙ₀ を求めることができれば、観測目標１１の画像を得られることになる。
【００１３】
ここで、γ，Ｃ，αは、予め与えられる定数であるので、式（１１）をＸｐで偏微分することにより、Ｙｐの項は消えてｘ₀を求めることができる。
同様に、Ｙｐについて偏微分することにより、観測目標１１の上の反射点１２の初期座標ｘ₀ ，ｙ₀ を求めることができる。
【００１４】
これらの演算は、φ（ｘ，ｙ）が信号の位相を表わしていることから、観測目標１１上の反射点１２からの反射信号の位相の変化率と、この観測目標１１上の反射点１２の位置（座標）が１対１に決定されることを示しており、また、このφ（ｘ，ｙ）を用いて式（１）により、観測目標１１上の反射点１２のレーダ断面積に比例した信号の振幅が表わされているので、この位相変化率（周波数）に対応する信号成分を求めることにより、その反射点１２のレーダ断面積を求めることができることを示している。
従って、この位相の変化率に対応する信号成分を求める手段として、フーリエ変換を用いてｘ₀ ，ｙ₀ についての信号成分を求めることにより、観測目標１１上の反射点１２のレーダ断面積を求めることができる。
【００１５】
観測目標１１上の反射点１２が複数あるいは連続して存在するとき、重ね合せの原理により、それぞれの反射点１２について同様の演算を行えばよい。Ｘｐ，Ｙｐ座標系は空間周波数軸であるから、レンジ方向、即ちｙ方向の分布を求めるためにＹｐについてフーリエ変換し、次にアジマス方向、即ちｘ方向の分布を求めるためにＸｐについてフーリエ変換することによって、すべての反射点１２の空間位置及びレーダ断面積を求めることができる。
【００１６】
即ち、式（１）の受信信号Ｇ（ｓ，ｔ）を、式（６），式（７）で定義されるＸｐ−Ｙｐ平面に並べてＧ（Ｘｐ，Ｙｐ）とし、これを次の式（１３）に示すように２次元フーリエ変換を用い、Ｘｐ軸とＹｐ軸についてそれぞれ周波数変換を行うことによって、観測目標１１上の反射点１２の位置に比例した座標に目標のレーダ断面積分布、即ち、観測目標１１の画像ｇ（ｘ，ｙ）が得られる。
【数９】

【００１７】
この様子を図１０および図１１に示す。図１０において、１４は極−直交変換部３が式（６），式（７）によりＸｐ，Ｙｐ座標系に変換した全受信信号のＸｐ−Ｙｐ平面における領域、１５は上記の領域１４に内接し、上記の式（１３）の変換がなされる矩形の領域である。
なお、この式（１３）の変換は、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）などの演算手段を用いて行うので、直角座標系上の矩形領域でなされ、その結果、領域１４のうち上記の矩形の領域１５からはみだす部分の信号は利用されずに捨てられることになる。
【００１８】
また、空間位置の分解能と空間周波数の幅は一対一に対応するので、画像の分解能Δｘ，Δｙは、領域１５のＸｐ方向の長さΔＸｐと、Ｙｐ方向の長さΔＹｐを用いて、それぞれ式（１４）,式（１５）で表され、上記の領域１５の大きさが分解能を決定する。
【数１０】

【００１９】
ところで、図９の観測のジオメトリでは、送受信アンテナ１を固定して観測目標１１を回転させたが、図１３に示すように、観測目標１１を固定して送受信アンテナ１をｘ方向に移動させてもよい。この場合、送受信アンテナ１のｘ座標ｘ_Ａと、回転中心１３までの最小距離Ｒ０を用いて、観測目標１１の回転角θｔを式（１６）で表すことができる。
【数１１】

【００２０】
また、この場合には、送受信アンテナ１と回転中心１３の距離は、時間と共に変化するので、図１４の構成図に示すように、距離補償部６を追加して、式（１７）と式（１８）で表されるレンジビンおよび位相を受信信号から補償する。
【数１２】

ただし、Δｒはレンジ分解能、λは波長である。
【００２１】
この結果、図１３の観測のジオメトリにおいても送受信アンテナ１を固定して観測目標１１を回転させることと等価な状態を作り出すことができて、図９の観測のジオメトリと同様に目標の高分解能画像を得ることができる。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
従来の目標観測装置は以上のように構成されているので、観測目標１１の回転軸がｘｙ平面に直交している必要がある。即ち、送受信アンテナ１を移動させる場合には、ｘｙ平面内を移動させる必要がある。
しかしながら、例えば、航空機搭載レーダにおいては、気流が乱れて前記の条件を満足しない場合がある。また、観測時間の長いレーダにおいては、軌道が地球の表面に沿って弧を描くため、図１３において紙面と直交する方向に軌道が曲がって、前記の条件を満足しない場合がある。
前記の条件を満足しない場合には、目標の画像が劣化する課題があった。
【００２３】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、送受信アンテナが曲線上を移動しても目標の高分解能画像を観測することができる目標観測装置及び目標観測方法を得ることを目的とする。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る目標観測装置は、受信手段と観測目標の距離の変化に相当する位相補償を受信手段の受信信号に行う第１の補償手段と、レーダプラットフォームの軌道と観測目標の位置を考慮して、第１の補償手段による補償後の受信信号に含まれるレーダプラットフォームが曲線上を移動することによる位相誤差を補償する第２の補償手段とを設けたものである。
【００２６】
この発明に係る目標観測装置は、補償手段が受信信号に含まれる位相誤差のうち、観測目標のアジマス方向の位相誤差が変化しないものとして、その受信信号に含まれる位相誤差を補償するようにしたものである。
【００２７】
この発明に係る目標観測装置は、再生手段が受信信号をレンジ方向にフーリエ変換するレンジフーリエ変換手段と、その受信信号をアジマス方向にフーリエ変換するアジマスフーリエ変換手段とを備えている場合、そのレンジフーリエ変換手段とアジマスフーリエ変換手段の間に第２の補償手段を挿入するようにしたものである。
【００２８】
この発明に係る目標観測方法は、アンテナが観測目標に反射された信号を受信すると、そのアンテナと観測目標の距離の変化に相当する位相補償を当該受信信号に行うとともに、レーダプラットフォームの軌道と観測目標の位置を考慮して、その補償後の受信信号に含まれるレーダプラットフォームが曲線上を移動することによる位相誤差を補償するようにしたものである。
【００３０】
この発明に係る目標観測方法は、受信信号に含まれる位相誤差のうち、観測目標のアジマス方向の位相誤差が変化しないものとして、その受信信号に含まれる位相誤差を補償するようにしたものである。
【００３１】
この発明に係る目標観測方法は、受信信号から観測目標の電波画像を再生するに際して、その受信信号をレンジ方向にフーリエ変換するレンジフーリエ変換処理と、その受信信号をアジマス方向にフーリエ変換するアジマスフーリエ変換処理とを実施する場合、そのレンジフーリエ変換処理とアジマスフーリエ変換処理の間に、補償後の受信信号に含まれるレーダプラットフォームが曲線上を移動することによる位相誤差の補償処理を実施するようにしたものである。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による目標観測装置を示す構成図であり、図において、２１は送受信アンテナ、２２は送受信アンテナ２１から観測目標に向けてチャープ信号を送信させる一方、観測目標に反射されたチャープ信号を受信して復調する送受信機である。なお、送受信アンテナ２１及び送受信機２２から受信手段が構成されている。
【００３３】
２３は送受信機２２から受信信号を受けると、送受信アンテナ２１と観測目標の距離の変化に相当するレンジビンと位相を補償する距離補償部である。なお、距離補償部２３は第１の補償手段を構成している。
２４は例えばＧＰＳ衛星からＧＰＳ情報を受信することにより、レーダプラットフォームの軌道を監視し、そのレーダプラットフォームの軌道と観測目標の位置を考慮して受信信号に含まれるレーダプラットフォームが曲線上を移動することによる位相誤差の補償量を算出する位相補償量算出部、２５は距離補償部２３から出力された受信信号の位相から位相補償量算出部２４により算出された補償量を差し引いて位相誤差を補償する位相補償部である。なお、位相補償量算出部２４及び位相補償部２５から第２の補償手段が構成されている。
【００３４】
２６は補償後の受信信号の座標系を極座標から直交座標に変換する極−直交変換部であり、極−直交変換部２６は座標系を変換する際、送受信アンテナ２１と観測目標のなす相対角度と瞬時送信周波数に基づいて受信信号を補間する処理を実行する。２７は受信信号をレンジ方向にフーリエ変換するレンジフーリエ変換部、２８は受信信号をアジマス方向にフーリエ変換するアジマスフーリエ変換部である。なお、極−直交変換部２６、レンジフーリエ変換部２７及びアジマスフーリエ変換部２８から再生手段が構成されている。
【００３５】
図２は図１の目標観測装置による観測のジオメトリを示す説明図であり、１１から１３に示す点は図１３に示す従来のジオメトリと同等である。ただし、以下では１２は点Ａ、１３は点Ｃと称する場合がある。
２１ａは軌道が直線の場合における送受信アンテナ２１の位置Ｓ、２１ｂは軌道が曲線を描く場合における送受信アンテナ２１の位置Ｑ、３１はレーダ観測における軌道の中央Ｐ、３２は軌道中央３１の直下の地表面上の点Ｏである。ただし、直線ＳＣは、直線ＱＣを三角形ＰＳＣを含む平面に投影したものとする。
【００３６】
さらに、以下の説明に用いる座標系を定義する。ＸＹＺは点Ｏを原点とし、鉛直線に沿って上向きをＺ軸とする。点Ｏを通ってＺ軸と直交する平面を考え、これに直線ＰＣを射影した軸をＹとする。Ｘ軸はＹ軸とＺ軸から右手系を構成するように決める。このとき、点Ｐを通ってＺ軸に直交する平面上で、Ｘ軸の方向から角度θだけ回転した軸をκとすると、先に導入したアンテナ位置２１ａは直線κ上に存在する。
同様に、ｘｙｚは点Ｃを原点とする座標系であり、ｚ軸は鉛直線に沿って上向きに定義される。点Ｃを通ってｚ軸と直交する平面を考え、これに直線ＰＣを射影した軸をｙとすると、ｘ軸はｙ軸とｚ軸から右手系を構成するように決められる。
【００３７】
次に動作について説明する。
まず、送受信機２２は、高周波パルスを時間と共に周波数が変化する信号、即ち、チャープ信号に変調して、送受信アンテナ２１から放射させる。
観測目標１１に反射されたチャープ信号は、再び送受信アンテナ２１により受信され、送受信機２２が当該チャープ信号を復調する。これを一定の時間間隔で繰り返すと、式（１）の受信信号Ｇ（ｓ，ｔ）が得られる。
距離補償部２３は、送受信機２２から受信信号を受けると、送受信アンテナ２１と回転中心１３の距離の時間変化に相当するレンジビンと位相を補償する。
以上の動作は図１４に示す従来の目標観測装置と同等である。
【００３８】
図１３に示す従来の目標観測装置による観測のジオメトリは２次元のモデルであるが、実際に例えば、航空機にレーダを搭載して観測する場合には図２に示すように３次元で考えなければならない。アンテナは直線κ上を移動するので、送受信アンテナ２１と目標中心点Ｃを結ぶ直線は平面ＰＳＣをなす。ここで、距離補償部２３は、送受信アンテナ２１と目標中心点Ｃの距離の時間変化に相当するレンジビンと位相を受信信号から補償するので、その結果として、点Ｃを通り平面ＰＳＣと直交する軸について回転する観測目標１１を点Ｐから観測するのと等価な受信信号が得られる。
これは図９に示す従来の目標観測装置による観測のジオメトリと等価である。即ち、平面βはｘｙ平面と一般に一致しないので、ｘｙ平面上の点は平面ＰＳＣに投影されて歪みを生じるが、画像の分解能が劣化することはない。
【００３９】
しかし、レーダプラットフォームが直線上からはずれて曲線上を移動すると、送受信アンテナ２１ｂと目標中心点Ｃを結ぶ直線の集合は一般に平面を形成しない。その結果、距離補償部２３の出力では、観測目標１１の回転軸の傾きが時間とともに変動するのと等価な受信信号が得られる。この場合、ｘｙ平面上の点は平面ＰＳＣに投影されて歪みを生じるだけでなく、画像の分解能が劣化する。
【００４０】
分解能の劣化を招く位相誤差は次の式で与えられる。
【数１３】

ただし、ｆは瞬時送信周波数である。また、δは位相誤差の原因である距離の誤差であり、次の式で与えられる。
【数１４】

ただし、“｜｜”はベクトルのユークリッドノルムを表し、“・”は内積を表している。
【００４１】
位相補償量算出部２４は、式（１９）に基づいて位相誤差を算出し、これを位相補償量として出力する。位相補償部２５は、この位相補償量を式（２１）に示すように受信信号Ｇ（ｓ，ｔ）の位相から差し引いて位相誤差を補償する。
【数１５】

【００４２】
極−直交変換部２６は、位相誤差が補償された受信信号Ｇ（ｓ，ｔ）を、式（６），式（７）で定義されるＸｐ−Ｙｐ平面に並べてＧ（Ｘ，Ｙ）とする。
そして、レンジフーリエ変換部２７がＧ（Ｘ，Ｙ）をＹｐ軸についてフーリエ変換を実施し、アジマスフーリエ変換部２８がＸｐ軸についてフーリエ変換を実施することにより、観測目標１１上の反射点１２の位置に比例した座標に目標のレーダ断面積分布、即ち、観測目標１１の画像ｇ（ｘ，ｙ）を得る。
【００４３】
なお、位相補償部２５は、式（２１）に基づいて位相補償を実施するので、その位相補償量は目標の座標（ｘ、ｙ）毎に変化する。したがって、位相補償部２５以降の処理は、観測目標１１の画素数分だけ実施する必要がある。
【００４４】
この実施の形態１では、距離の誤差δを式（２０）を用いて算出するものについて示したが、次の式（２２）を用いて算出してもよい。式（２２）は観測目標１１の大きさが比較的小さく、送受信アンテナ２１から到来する電波伝播の波面が平面波として近似できる場合に成立する。
【数１６】

【００４５】
図３はこの発明の実施の形態１による目標観測装置が適用する目標観測方法を示すフローチャートである。
以下、図３の内容を簡単に説明する。
まず、観測領域のレーダエコーを得て（ステップＳＴ１）、送受信アンテナ２１と観測領域中心の距離変化に相当するレンジビンと位相の変化を補償する（ステップＳＴ２）。次に、目標の座標の最小値を選択する（ステップＳＴ３）。
【００４６】
ここで、式（１９）と式（２０）または式（２２）に基づいて位相補償量を求め（ステップＳＴ４）、その位相補償量に基づいて受信信号を補償する（ステップＳＴ５）。また、式（６）と式（７）で定義される座標系において、受信信号を極座標系上の交点からデカルト座標系上の交点の値を補間する（ステップＳＴ６）。そして、レンジ方向とアジマス方向についてそれぞれフーリエ変換して画像を得る（ステップＳＴ７，ＳＴ８）。
【００４７】
さらに、レンジ方向の全ての点の画像を計算したか調べ（ステップＳＴ９）、まだであれば、目標のレンジ座標をインクリメントし（ステップＳＴ１１）、ステップＳＴ４からＳＴ９の処理を繰り返し実行する。同様にアジマス方向の全ての点の画像を計算したか調べ（ステップＳＴ１０）、まだであれば、目標のレンジ座標をインクリメントし（ステップＳＴ１２）、ステップＳＴ４からＳＴ１０の処理を繰り返し実行する。
なお、図４に示すように、ステップＳＴ２の処理をステップＳＴ５の処理が終えた後に実行するようにしてもよい。
【００４８】
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、レーダプラットフォームの軌道と観測目標１１の位置を考慮して受信信号に含まれる位相誤差を補償するように構成したので、送受信アンテナ２１が曲線上を移動しても目標の高分解能画像を観測することができる効果を奏する。
【００４９】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、位相誤差を式（１９）で与えるものについて示したが、この場合、位相誤差は目標の座標（ｘ、ｙ）毎に変化するため、位相補償部２５以降の処理を、観測目標１１の画素数分だけ実施する必要がある。
この実施の形態２では、位相誤差の変化が一般に目標のアジマスの座標ｘよりも、レンジの座標ｙによって大きく変化する特徴を利用して、位相補償量を目標のレンジの座標ｙだけの関数として算出する。
【００５０】
この実施の形態２では、位相補償量算出部２４が位相補償量を次の式（２３）を用いて算出する。
【数１７】

ただし、δ’は位相誤差の原因である距離の誤差であり、ｘ＝０として次の式により与えられる。
【数１８】

【００５１】
位相補償部２５は、位相補償量算出部２４により算出された位相補償量を次の式に示すように、受信信号Ｇ（ｓ，ｔ）の位相から差し引いて位相誤差を補償する。
【数１９】

【００５２】
この場合、位相補償量は式（２５）に示すように目標のレンジの座標ｙ毎に変化し、アジマスの座標ｘ毎の変化は存在しない。したがって、位相補償部２５以降の処理は、画像のレンジの画素数分だけ実施すればよい。
【００５３】
この実施の形態２では、距離の誤差δを式（２４）を用いて算出するものについて示したが、次の式（２６）を用いて算出してもよい。式（２６）は観測目標１１の大きさが比較的小さく、送受信アンテナ２１から到来する電波伝播の波面が平面波として近似できる場合に成立する。
【数２０】

【００５４】
図５はこの発明の実施の形態２による目標観測装置が適用する目標観測方法を示すフローチャートである。
以下、図５の内容を簡単に説明する。
まず、観測領域のレーダエコーを得て（ステップＳＴ１）、送受信アンテナ２１と観測領域中心の距離変化に相当するレンジビンと位相の変化を補償する（ステップＳＴ２）。次に、目標の座標の最小値を選択する（ステップＳＴ３’）。
【００５５】
ここで、式（２３）と式（２４）または式（２６）に基づいて位相補償量を求め（ステップＳＴ４’）、その位相補償量に基づいて受信信号を補償する（ステップＳＴ５’）。また、式（６）と式（７）で定義される座標系において、受信信号を極座標系上の交点からデカルト座標系上の交点の値を補間する（ステップＳＴ６）。そして、レンジ方向とアジマス方向についてそれぞれフーリエ変換して画像を得る（ステップＳＴ７，ＳＴ８）。
【００５６】
さらに、レンジ方向の全ての点の画像を計算したか調べ（ステップＳＴ９）、まだであれば、目標のレンジ座標をインクリメントし（ステップＳＴ１１）、ステップＳＴ４’からＳＴ９の処理を繰り返し実行する
【００５７】
以上で明らかなように、この実施の形態２によれば、受信信号に含まれる位相誤差のうち、観測目標のアジマス方向の位相誤差が変化しないものとして、その受信信号に含まれる位相誤差を補償するように構成したので、上記実施の形態１よりも演算量を削減することができる効果を奏する。
【００５８】
実施の形態３．
上記実施の形態１，２では、位相補償部２５を距離補償部２３と極−直交変換部２６の間に挿入するものについて示したが、図６に示すように、位相補償部２５をレンジフーリエ変換部２７とアジマスフーリエ変換部２８の間に挿入するようにしてもよい。
【００５９】
位相誤差の変化は一般に、ファーストタイムｓよりもスロータイムｔによって大きく変化するので、ファーストタイムｓの変化を無視してｓ＝０とすると、スロータイムｔはアジマスの空間周波数Ｘｐとの間に次の関係が成立する。
【数２１】

ただし、ｆｃは搬送波周波数である。また、θｔは目標の回転角であり、例えば式（１６）で求められる。
【００６０】
そこで、位相誤差は次の式で与えることができる。
【数２２】

ただし、δ”は位相誤差の原因である距離の誤差であり、次の式（２９）で与えられる。
【数２３】

【００６１】
位相補償部２５は、この位相補償量を次の式（３０）に示すようにレンジフーリエ変換後の受信信号Ｈ（ｙ，Ｘｐ）の位相から差し引いて位相誤差を補償する。
【数２４】

【００６２】
式（３０）を式（２５）と比較すると、位相補償量を算出するための変数が１つ減って、アジマスの空間周波数Ｘｐと目標のレンジの座標ｙの２つになっている。したがって、位相補償部２５をレンジフーリエ変換部２７とアジマスフーリエ変換部２８の間に配置することが可能になる。
この結果、位相補償部２５は１回だけ位相誤差を補償すればよい。
【００６３】
この実施の形態３では、距離の誤差δ”を式（２９）を用いて算出するものについて示したが、次の式（３１）を用いて算出してもよい。式（３１）は観測目標１１の大きさが比較的小さく、送受信アンテナ２１から到来する電波伝播の波面が平面波として近似できる場合に成立する。
【数２５】

【００６４】
あるいはまた、距離の誤差δ”を次のようにして算出してもよい。
この実施の形態３では、位相補償後の受信信号Ｈ’（ｙ，Ｘｐ）をＸｐについてフーリエ変換することにより、画像のアジマス方向の空間分解能を向上している。従って、アジマス方向の空間分解能を劣化させるのは、Ｈ’をＸｐについて多項式展開した場合の２次以上の成分である。
そこで、特に２次以上でＮ次以下の成分について補償することを考え、距離の誤差δ”に代わって、次の式（３２）で与えられるδ’’’を用いる。
【数２６】

【００６５】
ただし、ｆｎはδ”をＸｐについて多項式展開した場合のｎ次の係数で、次の式（３３）で表される。
【数２７】

この結果、式（２９）や式（３１）よりも簡単な式で位相補償量を計算することが可能になる。
【００６６】
図７はこの発明の実施の形態３による目標観測装置が適用する目標観測方法を示すフローチャートである。
以下、図７の内容を簡単に説明する。
まず、観測領域のレーダエコーを得て（ステップＳＴ１）、送受信アンテナ２１と観測領域中心の距離変化に相当するレンジビンと位相の変化を補償する（ステップＳＴ２）。
【００６７】
次に、式（６）と式（７）で定義される座標系において、受信信号を極座標系上の交点からデカルト座標系上の交点の値を補間する（ステップＳＴ６）。そして、レンジ方向にフーリエ変換する（ステップＳＴ７）。
ここで、式（２８）と式（２９）または式（３１）または式（３２）に基づいて位相補償量を求め（ステップＳＴ４）、その位相補償量に基づいて受信信号を補償する（ステップＳＴ５）。
最後に、アジマス方向についてフーリエ変換して画像を得る（ステップＳＴ８）。
【００６８】
以上で明らかなように、この実施の形態３によれば、位相補償部２５をレンジフーリエ変換部２７とアジマスフーリエ変換部２８の間に挿入するように構成したので、位相補償部２５は１回だけ位相誤差を補償すれば足りる。したがって、上記実施の形態１よりも演算量を削減することができる効果を奏する。
【００６９】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、受信手段と観測目標の距離の変化に相当する位相補償を受信手段の受信信号に行う第１の補償手段と、レーダプラットフォームの軌道と観測目標の位置を考慮して、第１の補償手段による補償後の受信信号に含まれるレーダプラットフォームが曲線上を移動することによる位相誤差を補償する第２の補償手段とを設けように構成したので、送受信アンテナが曲線上を移動しても目標の高分解能画像を観測することができる効果がある。
【００７１】
この発明によれば、補償手段が受信信号に含まれる位相誤差のうち、観測目標のアジマス方向の位相誤差が変化しないものとして、その受信信号に含まれる位相誤差を補償するように構成したので、少ない演算量で目標の高分解能画像を観測することができる効果がある。
【００７２】
この発明によれば、再生手段が受信信号をレンジ方向にフーリエ変換するレンジフーリエ変換手段と、その受信信号をアジマス方向にフーリエ変換するアジマスフーリエ変換手段とを備えている場合、そのレンジフーリエ変換手段とアジマスフーリエ変換手段の間に第２の補償手段を挿入するように構成したので、少ない演算量で目標の高分解能画像を観測することができる効果がある。
【００７３】
この発明によれば、アンテナが観測目標に反射された信号を受信すると、そのアンテナと観測目標の距離の変化に相当する位相補償を当該受信信号に行うとともに、レーダプラットフォームの軌道と観測目標の位置を考慮して、その補償後の受信信号に含まれるレーダプラットフォームが曲線上を移動することによる位相誤差を補償するように構成したので、送受信アンテナが曲線上を移動しても目標の高分解能画像を観測することができる効果がある。
【００７５】
この発明によれば、受信信号に含まれる位相誤差のうち、観測目標のアジマス方向の位相誤差が変化しないものとして、その受信信号に含まれる位相誤差を補償するように構成したので、少ない演算量で目標の高分解能画像を観測することができる効果がある。
【００７６】
この発明によれば、受信信号から観測目標の電波画像を再生するに際して、その受信信号をレンジ方向にフーリエ変換するレンジフーリエ変換処理と、その受信信号をアジマス方向にフーリエ変換するアジマスフーリエ変換処理とを実施する場合、そのレンジフーリエ変換処理とアジマスフーリエ変換処理の間に、補償後の受信信号に含まれるレーダプラットフォームが曲線上を移動することによる位相誤差の補償処理を実施するように構成したので、少ない演算量で目標の高分解能画像を観測することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１による目標観測装置を示す構成図である。
【図２】 図１の目標観測装置による観測のジオメトリを示す説明図である。
【図３】 この発明の実施の形態１による目標観測装置が適用する目標観測方法を示すフローチャートである。
【図４】 この発明の実施の形態１による目標観測装置が適用する目標観測方法を示すフローチャートである。
【図５】 この発明の実施の形態２による目標観測装置が適用する目標観測方法を示すフローチャートである。
【図６】 この発明の実施の形態３による目標観測装置を示す構成図である。
【図７】 この発明の実施の形態３による目標観測装置が適用する目標観測方法を示すフローチャートである。
【図８】 従来の目標観測装置を示す構成図である。
【図９】 従来の目標観測装置による観測のジオメトリを示す説明図である。
【図１０】 従来の目標観測装置における極−直交変換部の動作を説明する説明図である。
【図１１】 従来の目標観測装置における極−直交変換部の入力信号が配置される周波数空間を示す説明図である。
【図１２】 従来の目標観測装置における送受信機が発生する高周波パルスを変調するチャープ信号を説明する説明図である。
【図１３】 従来の目標観測装置による観測のジオメトリを示す説明図である。
【図１４】 従来の目標観測装置を示す構成図である。
【符号の説明】
２１ 送受信アンテナ（受信手段）、２１ａ 送受信アンテナの位置Ｓ、２１ｂ 送受信アンテナの位置Ｑ、２２ 送受信機（受信手段）、２３ 距離補償部（第１の補償手段）、２４ 位相補償量算出部（第２の補償手段）、２５ 位相補償部（第２の補償手段）、２６ 極−直交変換部（再生手段）、２７ レンジフーリエ変換部（再生手段）、２８ アジマスフーリエ変換部（再生手段）、３１ 軌道の中央Ｐ、３２ 軌道中央直下の地表面上の点Ｏ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a target observation apparatus and a target observation method for observing a distant target and reproducing a radio image of the target.
[0002]
[Prior art]
FIG. 8 is a block diagram showing a conventional target observation apparatus disclosed in, for example, Japanese Patent Publication No. 2669236. In the figure, reference numeral 1 denotes a transmission / reception antenna, and 2 denotes a chirp signal transmitted from the transmission / reception antenna 1 toward the observation target. A transceiver for receiving and demodulating the chirp signal reflected by the observation target; 3 is a polar-orthogonal transformation unit for transforming the coordinate system of the received signal of the transceiver 2 from polar coordinates to orthogonal coordinates; 3 performs a process of interpolating the received signal based on the relative angle formed by the transmission / reception antenna 1 and the observation target and the instantaneous transmission frequency when converting the coordinate system. Reference numeral 4 denotes a range Fourier transform unit that Fourier-transforms the received signal in the range direction, and reference numeral 5 denotes an azimuth Fourier transform unit that Fourier-transforms the received signal in the azimuth direction.
[0003]
FIG. 9 is an explanatory diagram showing the geometry of observation by a conventional target observation apparatus. In the figure, 11 is an observation target, 12 is a reflection point on the observation target 11, and 13 is the center of rotation of the observation target 11.
FIG. 10 is an explanatory diagram for explaining the operation of the polar-orthogonal transform unit 3 in the conventional target observation apparatus. In the figure, 14 is a region where the input signal of the polar-orthogonal transform unit 3 is arranged, and 15 is a polar-orthogonal unit. This is an area where the output signal of the converter 3 is arranged.
FIG. 11 is an explanatory diagram showing a frequency space in which the input signal of the polar-orthogonal transformation unit 3 in the conventional target observation apparatus is arranged, and FIG. 12 is a high-frequency pulse generated by the transceiver 2 in the conventional target observation apparatus. It is explanatory drawing explaining the chirp signal which modulates.
[0004]
Next, the operation will be described.
First, as shown in FIG. 12, the transceiver 2 modulates a high-frequency pulse into a signal whose frequency changes with time, that is, a chirp signal, and radiates it from the transceiver antenna 1.
[0005]
The chirp signal reflected by the observation target 11 is received by the transmission / reception antenna 1 again, and the transceiver 2 demodulates the chirp signal. When this is repeated at regular time intervals, a received signal G (s, t) is obtained. Here, for each transmission pulse, s is the time in the pulse measured from the rise of the transmission pulse (first time), and t is the observation time (slow time) measured from the rise of the first pulse indicating the repetition of the transmission pulse. is there. The received signal G (s, t) is a complex number including phase information and is generally expressed by the following equation (1).
[Expression 1]

However, A is the amplitude of the received signal G (s, t), and φ is the phase.
[0006]
The received signal G (s, t) is converted by the polar-orthogonal transform unit 3 and then processed by the range Fourier transform unit 4 and the azimuth Fourier transform unit 5 to reproduce an image. Hereinafter, the principle of image reproduction of the observation target will be briefly described.
[0007]
For example, as shown in FIG. 9, if the observation target 11 is rotating and there is a reflection point 12 having a certain radar cross section on the observation target 11, the reflection is reflected at the rotation center 13. The phase φ (s, t) of the received signal from the reflection point 12 with respect to the received signal can be expressed by the following equation (2).
[Expression 2]

Where f is the instantaneous transmission frequency and f ₀ Is the initial value of the transmission frequency, γ is the time change rate of the transmission frequency, θ _t Is the target rotation angle, r ₀ Is the rotation radius of the reflection point, C is the speed of light, θ ₀ Is the initial angle of the reflection point. Note that γ is sufficiently large so that the movement of the isolated reflection point within the pulse can be ignored.
[0008]
The intra-pulse time s corresponds to a phase change depending on the transmission frequency because the transmission signal is chirp modulated. The observation time t corresponds to a change in phase accompanying a change in target angle. Therefore, equation (2) represents the relationship between the change in the transmission frequency, the target angle, and the phase of the received signal.
Here, variables r and θ represented by the following equations (3) and (4) are introduced. Α in the equation (3) is a constant determined from γ, and is given by the following equation (5).
[Equation 3]

[0009]
Further, in order to facilitate handling, the coordinate systems Xp and Yp are defined as shown in equations (6) and (7) using these.
[Expression 4]

[0010]
In this coordinate system Xp, Yp, r and θ are the instantaneous transmission frequency f of the received signal and the target rotation angle θ. _t Therefore, the spatial frequency distribution of the target shape is shown. That is, the following equation (8) is obtained from the equation (6).
[Equation 5]

[0011]
By substituting this into the equations (7) and (2), the following equations (9) and (10) are obtained.
[Formula 6]

Here, the result shown in the following equation (11) is obtained using the equation (9).
[Expression 7]

x ₀ , Y ₀ Is the initial coordinates of the reflection point 12, r ₀ , Θ ₀ Is given by the following equation (12).
[Equation 8]

[0012]
By the way, obtaining the image of the observation target 11 means knowing the spatial distribution of the radar cross section of the reflection point 12 of the observation target 11 and mapping it on a plane. X in equation (11) for 12 ₀ , Y ₀ Can be obtained, an image of the observation target 11 can be obtained.
[0013]
Here, γ, C, and α are constants given in advance, so by partial differentiation of equation (11) with Xp, the Yp term disappears and x ₀ Can be requested.
Similarly, the initial coordinate x of the reflection point 12 on the observation target 11 is obtained by partial differentiation with respect to Yp. ₀ , Y ₀ Can be requested.
[0014]
In these operations, since φ (x, y) represents the phase of the signal, the rate of change in the phase of the reflected signal from the reflection point 12 on the observation target 11 and the reflection point 12 on the observation target 11 are calculated. It is shown that the position (coordinates) of 1 is determined to be 1: 1, and the radar cross-sectional area of the reflection point 12 on the observation target 11 is calculated by the equation (1) using this φ (x, y). Since the proportional amplitude of the signal is represented, it is shown that the radar cross-sectional area of the reflection point 12 can be obtained by obtaining the signal component corresponding to the phase change rate (frequency).
Therefore, as a means for obtaining a signal component corresponding to this phase change rate, x ₀ , Y ₀ Is obtained, the radar cross-sectional area of the reflection point 12 on the observation target 11 can be obtained.
[0015]
When there are a plurality of or continuous reflection points 12 on the observation target 11, the same calculation may be performed for each reflection point 12 based on the principle of superposition. Since the Xp, Yp coordinate system is a spatial frequency axis, Fourier transform is performed on Yp to obtain the distribution in the range direction, that is, the y direction, and then Fourier transform is performed on Xp to obtain the distribution in the azimuth direction, that is, the x direction. Thus, the spatial positions and radar cross sections of all the reflection points 12 can be obtained.
[0016]
That is, the received signal G (s, t) of the equation (1) is arranged on the Xp-Yp plane defined by the equations (6) and (7) to be G (Xp, Yp), which is expressed by the following equation ( 13) Using the two-dimensional Fourier transform as shown in FIG. 13), by performing frequency conversion for each of the Xp axis and the Yp axis, the target radar cross-sectional area distribution, that is, the coordinates proportional to the position of the reflection point 12 on the observation target 11 is obtained. An image g (x, y) of the observation target 11 is obtained.
[Equation 9]

[0017]
This is shown in FIG. 10 and FIG. In FIG. 10, reference numeral 14 denotes an area in the Xp-Yp plane of all received signals converted by the polar-orthogonal transformation unit 3 into the Xp, Yp coordinate system according to the expressions (6) and (7), and 15 denotes an area within the area 14. This is a rectangular area that is in contact with and converted by the above equation (13).
Note that the transformation of the equation (13) is performed using a calculation means such as FFT (Fast Fourier Transform), and thus is performed in a rectangular area on the rectangular coordinate system. As a result, the rectangular area 15 in the area 14 is the above-described rectangular area 15. The portion of the signal that sticks out is discarded without being used.
[0018]
Further, since the resolution of the spatial position and the width of the spatial frequency correspond one-to-one, the resolutions Δx and Δy of the image are respectively expressed by using the length ΔXp in the Xp direction of the region 15 and the length ΔYp in the Yp direction. (14) and Expression (15), and the size of the region 15 determines the resolution.
[Expression 10]

[0019]
In the observation geometry of FIG. 9, the transmission / reception antenna 1 is fixed and the observation target 11 is rotated. However, as shown in FIG. 13, the observation target 11 is fixed and the transmission / reception antenna 1 is moved in the x direction. Also good. In this case, the x coordinate x of the transmitting / receiving antenna 1 _A Then, using the minimum distance R0 to the rotation center 13, the rotation angle θt of the observation target 11 can be expressed by Expression (16).
## EQU11 ##

[0020]
In this case, since the distance between the transmission / reception antenna 1 and the rotation center 13 changes with time, a distance compensation unit 6 is added as shown in the configuration diagram of FIG. The range bin and phase represented by 18) are compensated from the received signal.
[Expression 12]

Where Δr is the range resolution and λ is the wavelength.
[0021]
As a result, a state equivalent to rotating the observation target 11 with the transmitting / receiving antenna 1 fixed can be created in the observation geometry of FIG. 13 as well, and the target high-resolution image is obtained in the same manner as the observation geometry of FIG. Can be obtained.
[0022]
[Problems to be solved by the invention]
Since the conventional target observation apparatus is configured as described above, the rotation axis of the observation target 11 needs to be orthogonal to the xy plane. That is, when the transmitting / receiving antenna 1 is moved, it is necessary to move in the xy plane.
However, for example, in an airborne radar, the airflow may be disturbed and the above condition may not be satisfied. Further, in a radar having a long observation time, since the orbit draws an arc along the surface of the earth, the orbit may be bent in a direction orthogonal to the paper surface in FIG.
When the above conditions are not satisfied, there is a problem that the target image deteriorates.
[0023]
The present invention has been made in order to solve the above-described problems. It is an object of the present invention to obtain a target observation apparatus and a target observation method capable of observing a target high-resolution image even when a transmission / reception antenna moves on a curve. Objective.
[0024]
[Means for Solving the Problems]
The target observation apparatus according to the present invention takes into account the first compensation means for performing phase compensation corresponding to a change in the distance between the reception means and the observation target on the reception signal of the reception means, the trajectory of the radar platform, and the position of the observation target. Included in the received signal after compensation by the first compensation means. Due to the radar platform moving on the curve And second compensation means for compensating for the phase error.
[0026]
In the target observation apparatus according to the present invention, the compensation means compensates for the phase error included in the received signal, assuming that the phase error in the azimuth direction of the observation target does not change among the phase errors included in the received signal. Is.
[0027]
The target observation apparatus according to the present invention includes a range Fourier transform unit that performs Fourier transform on a received signal in a range direction and an azimuth Fourier transform unit that performs Fourier transform on the received signal in an azimuth direction. Between the Fourier transform means and the azimuth Fourier transform means Second compensation means Is to be inserted.
[0028]
In the target observation method according to the present invention, when the antenna receives a signal reflected by the observation target, the target signal is subjected to phase compensation corresponding to a change in the distance between the antenna and the observation target, and the trajectory and observation of the radar platform. Included in the received signal after compensation in consideration of the target position Due to the radar platform moving on the curve The phase error is compensated.
[0030]
The target observation method according to the present invention compensates for the phase error included in the received signal, assuming that the phase error in the azimuth direction of the observation target does not change among the phase errors included in the received signal. .
[0031]
The target observation method according to the present invention includes a range Fourier transform process for Fourier transforming a reception signal in a range direction when reproducing a radio wave image of the observation target from the reception signal, and an azimuth Fourier transforming the reception signal in an azimuth direction. When performing the conversion process, the range Fourier transform process and the azimuth Fourier transform process Due to the radar platform included in the compensated received signal moving on the curve The phase error compensation process is performed.
[0032]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described below.
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a block diagram showing a target observation apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. In the figure, reference numeral 21 denotes a transmission / reception antenna, reference numeral 22 denotes a chirp signal transmitted from the transmission / reception antenna 21 toward the observation target, A transceiver that receives and demodulates a reflected chirp signal. The transmitting / receiving antenna 21 and the transmitter / receiver 22 constitute receiving means.
[0033]
When a received signal is received from the transmitter / receiver 22, a distance compensator 23 compensates for the range bin and phase corresponding to a change in the distance between the transmitter / receiver antenna 21 and the observation target. The distance compensation unit 23 constitutes a first compensation unit.
24, for example, by receiving GPS information from a GPS satellite, monitors the trajectory of the radar platform, and is included in the received signal in consideration of the trajectory of the radar platform and the position of the observation target. Due to the radar platform moving on the curve A phase compensation amount calculation unit 25 that calculates the compensation amount of the phase error, and 25 is a phase that subtracts the compensation amount calculated by the phase compensation amount calculation unit 24 from the phase of the received signal output from the distance compensation unit 23 to compensate for the phase error. Compensation unit. The phase compensation amount calculation unit 24 and the phase compensation unit 25 constitute a second compensation unit.
[0034]
Reference numeral 26 denotes a polar-orthogonal transformation unit that transforms the coordinate system of the received signal after compensation from polar coordinates to orthogonal coordinates. The polar-orthogonal transformation unit 26 converts the relative angle between the transmission / reception antenna 21 and the observation target when converting the coordinate system. And a process of interpolating the received signal based on the instantaneous transmission frequency. Reference numeral 27 denotes a range Fourier transform unit that Fourier-transforms the received signal in the range direction, and reference numeral 28 denotes an azimuth Fourier transform unit that Fourier-transforms the received signal in the azimuth direction. The polar-orthogonal transform unit 26, the range Fourier transform unit 27, and the azimuth Fourier transform unit 28 constitute a reproducing unit.
[0035]
FIG. 2 is an explanatory diagram showing the geometry of observation by the target observation apparatus of FIG. 1, and points 11 to 13 are equivalent to the conventional geometry shown in FIG. However, in the following, 12 may be referred to as point A, and 13 may be referred to as point C.
21a is the position S of the transmission / reception antenna 21 when the trajectory is a straight line, 21b is the position Q of the transmission / reception antenna 21 when the trajectory is curved, 31 is the center P of the trajectory in the radar observation, and 32 is the ground immediately below the center 31 of the trajectory. Point O on the surface. However, the straight line SC is obtained by projecting the straight line QC onto a plane including the triangle PSC.
[0036]
Furthermore, a coordinate system used for the following description is defined. In XYZ, the point O is the origin, and the upward direction along the vertical line is the Z axis. A plane orthogonal to the Z axis through the point O is considered, and an axis obtained by projecting the straight line PC onto the plane is defined as Y. The X axis is determined so as to constitute a right-handed system from the Y axis and the Z axis. At this time, assuming that an axis rotated by an angle θ from the direction of the X axis on the plane orthogonal to the Z axis through the point P is κ, the previously introduced antenna position 21a exists on the straight line κ.
Similarly, xyz is a coordinate system with the point C as the origin, and the z-axis is defined upward along the vertical line. Considering a plane that passes through the point C and orthogonal to the z-axis, and y is an axis projected onto the straight line PC, the x-axis is determined to form a right-handed system from the y-axis and the z-axis.
[0037]
Next, the operation will be described.
First, the transceiver 22 modulates a high-frequency pulse into a signal whose frequency changes with time, that is, a chirp signal, and radiates it from the transceiver antenna 21.
The chirp signal reflected by the observation target 11 is received by the transmission / reception antenna 21 again, and the transceiver 22 demodulates the chirp signal. If this is repeated at regular time intervals, the received signal G (s, t) of equation (1) is obtained.
When the distance compensation unit 23 receives a reception signal from the transceiver 22, the distance compensation unit 23 compensates the range bin and the phase corresponding to the time change of the distance between the transmission / reception antenna 21 and the rotation center 13.
The above operation is equivalent to the conventional target observation apparatus shown in FIG.
[0038]
The observation geometry of the conventional target observation apparatus shown in FIG. 13 is a two-dimensional model. However, for example, when observation is performed with a radar mounted on an aircraft, it must be considered in three dimensions as shown in FIG. Don't be. Since the antenna moves on the straight line κ, the straight line connecting the transmission / reception antenna 21 and the target center point C forms a plane PSC. Here, the distance compensation unit 23 compensates the range bin and the phase corresponding to the time change of the distance between the transmission / reception antenna 21 and the target center point C from the received signal, and as a result, the axis passing through the point C and orthogonal to the plane PSC. A reception signal equivalent to observing the observation target 11 rotating about from the point P is obtained.
This is equivalent to the geometry of observation by the conventional target observation apparatus shown in FIG. That is, since the plane β generally does not coincide with the xy plane, a point on the xy plane is projected on the plane PSC to cause distortion, but the resolution of the image is not deteriorated.
[0039]
However, when the radar platform deviates from the straight line and moves on the curve, the set of straight lines connecting the transmitting / receiving antenna 21b and the target center point C generally does not form a plane. As a result, at the output of the distance compensator 23, a received signal equivalent to the inclination of the rotation axis of the observation target 11 changing with time is obtained. In this case, the points on the xy plane are projected on the plane PSC to cause distortion, and the resolution of the image is deteriorated.
[0040]
The phase error that causes degradation in resolution is given by the following equation.
[Formula 13]

However, f is an instantaneous transmission frequency. Further, δ is a distance error that causes a phase error, and is given by the following equation.
[Expression 14]

However, “||” represents the Euclidean norm of the vector, and “·” represents the inner product.
[0041]
The phase compensation amount calculation unit 24 calculates a phase error based on the equation (19), and outputs this as a phase compensation amount. The phase compensation unit 25 compensates for the phase error by subtracting this phase compensation amount from the phase of the received signal G (s, t) as shown in Expression (21).
[Expression 15]

[0042]
The polar-orthogonal transform unit 26 arranges the received signal G (s, t), whose phase error is compensated, on the Xp-Yp plane defined by the equations (6) and (7), and G (X, Y) To do.
Then, the range Fourier transform unit 27 performs a Fourier transform on G (X, Y) with respect to the Yp axis, and the azimuth Fourier transform unit 28 performs a Fourier transform on the Xp axis. A target radar cross-sectional area distribution, that is, an image g (x, y) of the observation target 11 is obtained at coordinates proportional to the position.
[0043]
Since the phase compensation unit 25 performs phase compensation based on the equation (21), the amount of phase compensation changes for each target coordinate (x, y). Therefore, the processing after the phase compensation unit 25 needs to be performed by the number of pixels of the observation target 11.
[0044]
In the first embodiment, the distance error δ is calculated using the equation (20), but may be calculated using the following equation (22). Equation (22) holds when the observation target 11 is relatively small and the wavefront of radio wave propagation coming from the transmitting / receiving antenna 21 can be approximated as a plane wave.
[Expression 16]

[0045]
FIG. 3 is a flowchart showing a target observation method applied by the target observation apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
The contents of FIG. 3 will be briefly described below.
First, a radar echo in the observation area is obtained (step ST1), and a change in range bin and phase corresponding to a change in distance between the transmission / reception antenna 21 and the center of the observation area is compensated (step ST2). Next, the minimum value of the target coordinates is selected (step ST3).
[0046]
Here, the phase compensation amount is obtained based on Equation (19) and Equation (20) or Equation (22) (Step ST4), and the received signal is compensated based on the phase compensation amount (Step ST5). Further, in the coordinate system defined by equations (6) and (7), the received signal is interpolated from the intersection on the polar coordinate system to the value of the intersection on the Cartesian coordinate system (step ST6). Then, an image is obtained by performing Fourier transform for each of the range direction and the azimuth direction (steps ST7 and ST8).
[0047]
Further, it is checked whether images of all points in the range direction have been calculated (step ST9). If not, the target range coordinates are incremented (step ST11), and the processing of steps ST4 to ST9 is repeatedly executed. Similarly, it is checked whether images of all points in the azimuth direction have been calculated (step ST10). If not, the target range coordinates are incremented (step ST12), and the processes of steps ST4 to ST10 are repeatedly executed.
In addition, as shown in FIG. 4, you may be made to perform the process of step ST2 after the process of step ST5 is completed.
[0048]
As is apparent from the above, according to the first embodiment, the transmission / reception antenna 21 is configured to compensate for the phase error included in the received signal in consideration of the trajectory of the radar platform and the position of the observation target 11. Even if it moves on the curve, the target high-resolution image can be observed.
[0049]
Embodiment 2. FIG.
In the first embodiment, the phase error is given by the equation (19), but in this case, since the phase error changes for each target coordinate (x, y), the processing after the phase compensation unit 25 is performed. Therefore, it is necessary to carry out only the number of pixels of the observation target 11.
In the second embodiment, the phase compensation amount is expressed as a function of only the coordinate y of the target range by utilizing the feature that the change in the phase error generally changes more greatly by the coordinate y of the range than the coordinate x of the target azimuth. calculate.
[0050]
In the second embodiment, the phase compensation amount calculation unit 24 calculates the phase compensation amount using the following equation (23).
[Expression 17]

However, δ ′ is an error in distance that causes a phase error, and is given by the following equation with x = 0.
[Formula 18]

[0051]
The phase compensation unit 25 compensates for the phase error by subtracting the phase compensation amount calculated by the phase compensation amount calculation unit 24 from the phase of the received signal G (s, t) as shown in the following equation.
[Equation 19]

[0052]
In this case, the phase compensation amount changes for each coordinate y of the target range as shown in the equation (25), and there is no change for each coordinate x of the azimuth. Therefore, the processing after the phase compensation unit 25 may be performed by the number of pixels in the image range.
[0053]
In the second embodiment, the distance error δ is calculated using the equation (24), but may be calculated using the following equation (26). Equation (26) holds when the observation target 11 is relatively small and the wavefront of radio wave propagation coming from the transmitting / receiving antenna 21 can be approximated as a plane wave.
[Expression 20]

[0054]
FIG. 5 is a flowchart showing a target observation method applied by the target observation apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.
The contents of FIG. 5 will be briefly described below.
First, a radar echo in the observation area is obtained (step ST1), and a change in range bin and phase corresponding to a change in distance between the transmission / reception antenna 21 and the center of the observation area is compensated (step ST2). Next, the minimum value of the target coordinates is selected (step ST3 ′).
[0055]
Here, the phase compensation amount is obtained based on Equation (23) and Equation (24) or Equation (26) (Step ST4 ′), and the received signal is compensated based on the phase compensation amount (Step ST5 ′). Further, in the coordinate system defined by equations (6) and (7), the received signal is interpolated from the intersection on the polar coordinate system to the value of the intersection on the Cartesian coordinate system (step ST6). Then, an image is obtained by performing Fourier transform for each of the range direction and the azimuth direction (steps ST7 and ST8).
[0056]
Further, it is checked whether images of all points in the range direction have been calculated (step ST9). If not, the target range coordinates are incremented (step ST11), and the processing from step ST4 ′ to ST9 is repeatedly executed.
[0057]
As is apparent from the above, according to the second embodiment, the phase error included in the received signal is compensated for, assuming that the phase error included in the received signal does not change in the azimuth direction of the observation target. Thus, the amount of calculation can be reduced as compared with the first embodiment.
[0058]
Embodiment 3 FIG.
In the first and second embodiments, the phase compensation unit 25 is inserted between the distance compensation unit 23 and the polar-orthogonal transformation unit 26. However, as shown in FIG. You may make it insert between the conversion part 27 and the azimuth Fourier-transform part 28. FIG.
[0059]
Since the change in phase error generally changes more greatly with the slow time t than with the first time s, if the change in the first time s is ignored and s = 0, the slow time t is next between the azimuth spatial frequency Xp. The relationship is established.
[Expression 21]

Where fc is the carrier frequency. Further, θt is a target rotation angle, and is obtained by, for example, Expression (16).
[0060]
Therefore, the phase error can be given by the following equation.
[Expression 22]

Here, δ ″ is a distance error that causes a phase error, and is given by the following equation (29).
[Expression 23]

[0061]
The phase compensation unit 25 compensates for the phase error by subtracting this phase compensation amount from the phase of the received signal H (y, Xp) after the range Fourier transform as shown in the following equation (30).
[Expression 24]

[0062]
Comparing the equation (30) with the equation (25), the variable for calculating the phase compensation amount is reduced by one to become the azimuth spatial frequency Xp and the target range coordinate y. Therefore, the phase compensation unit 25 can be disposed between the range Fourier transform unit 27 and the azimuth Fourier transform unit 28.
As a result, the phase compensator 25 needs to compensate the phase error only once.
[0063]
In the third embodiment, the distance error δ ″ is calculated using the equation (29), but may be calculated using the following equation (31). The equation (31) is the observation target. This is true when the size of 11 is relatively small and the wavefront of radio wave propagation coming from the transmitting / receiving antenna 21 can be approximated as a plane wave.
[Expression 25]

[0064]
Alternatively, the distance error δ ″ may be calculated as follows.
In the third embodiment, the spatial resolution in the azimuth direction of the image is improved by Fourier-transforming the received signal H ′ (y, Xp) after phase compensation with respect to Xp. Accordingly, the spatial resolution in the azimuth direction is deteriorated by a second-order or higher-order component when H ′ is polynomial-expanded with respect to Xp.
In view of this, in particular, compensation for components of the second order or higher and the Nth order or lower is considered, and δ ′ ″ given by the following equation (32) is used instead of the distance error δ ″.
[Equation 26]

[0065]
However, fn is an n-th order coefficient in the case where δ ″ is expanded with respect to Xp, and is expressed by the following equation (33).
[Expression 27]

As a result, it becomes possible to calculate the phase compensation amount with a simpler equation than equations (29) and (31).
[0066]
FIG. 7 is a flowchart showing a target observation method applied by the target observation apparatus according to Embodiment 3 of the present invention.
The contents of FIG. 7 will be briefly described below.
First, a radar echo in the observation area is obtained (step ST1), and a change in range bin and phase corresponding to a change in distance between the transmission / reception antenna 21 and the center of the observation area is compensated (step ST2).
[0067]
Next, in the coordinate system defined by Equation (6) and Equation (7), the value of the intersection on the Cartesian coordinate system is interpolated from the intersection on the polar coordinate system for the received signal (step ST6). Then, Fourier transform is performed in the range direction (step ST7).
Here, a phase compensation amount is obtained based on Equation (28) and Equation (29) or Equation (31) or Equation (32) (Step ST4), and the received signal is compensated based on the phase compensation amount (Step ST5). ).
Finally, an Fourier transform is performed in the azimuth direction to obtain an image (step ST8).
[0068]
As apparent from the above, according to the third embodiment, since the phase compensation unit 25 is inserted between the range Fourier transform unit 27 and the azimuth Fourier transform unit 28, the phase compensation unit 25 is performed once. It is sufficient to compensate for the phase error. Therefore, the amount of calculation can be reduced as compared with the first embodiment.
[0069]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the first compensating means for performing phase compensation corresponding to the change in the distance between the receiving means and the observation target on the reception signal of the receiving means, the trajectory of the radar platform, and the position of the observation target are obtained. In consideration, included in the received signal after compensation by the first compensation means Due to the radar platform moving on the curve Since the second compensation means for compensating for the phase error is provided, there is an effect that the target high resolution image can be observed even if the transmission / reception antenna moves on the curve.
[0071]
According to the present invention, the compensation means is configured to compensate for the phase error included in the received signal, assuming that the phase error in the azimuth direction of the observation target does not change among the phase errors included in the received signal. There is an effect that a target high resolution image can be observed with a small amount of calculation.
[0072]
According to this invention, when the reproducing means includes the range Fourier transform means for Fourier transforming the received signal in the range direction and the azimuth Fourier transform means for Fourier transforming the received signal in the azimuth direction, the range Fourier transform means And azimuth Fourier transform means Second compensation means Therefore, the target high resolution image can be observed with a small amount of calculation.
[0073]
According to the present invention, when the antenna receives a signal reflected from the observation target, the received signal is subjected to phase compensation corresponding to a change in the distance between the antenna and the observation target, and the trajectory of the radar platform and the position of the observation target. Is included in the received signal after compensation. Due to the radar platform moving on the curve Since the phase error is compensated, there is an effect that the target high-resolution image can be observed even if the transmission / reception antenna moves on the curve.
[0075]
According to the present invention, the phase error included in the received signal is compensated for as the phase error included in the received signal, in which the phase error in the azimuth direction of the observation target does not change. With this, it is possible to observe the target high-resolution image.
[0076]
According to the present invention, when reproducing a radio wave image of an observation target from a received signal, a range Fourier transform process for Fourier transforming the received signal in the range direction, and an azimuth Fourier transform process for Fourier transforming the received signal in the azimuth direction, Between the range Fourier transform process and the azimuth Fourier transform process. Due to the radar platform included in the compensated received signal moving on the curve Since the phase error compensation process is performed, the target high-resolution image can be observed with a small amount of calculation.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a target observation apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
2 is an explanatory diagram showing an observation geometry by the target observation apparatus of FIG. 1; FIG.
FIG. 3 is a flowchart showing a target observation method applied by the target observation apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 4 is a flowchart showing a target observation method applied by the target observation apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 5 is a flowchart showing a target observation method applied by a target observation apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 6 is a block diagram showing a target observation apparatus according to Embodiment 3 of the present invention.
FIG. 7 is a flowchart showing a target observation method applied by a target observation apparatus according to Embodiment 3 of the present invention.
FIG. 8 is a block diagram showing a conventional target observation apparatus.
FIG. 9 is an explanatory diagram showing the geometry of observation by a conventional target observation apparatus.
FIG. 10 is an explanatory diagram for explaining the operation of a polar-orthogonal transformation unit in a conventional target observation apparatus.
FIG. 11 is an explanatory diagram showing a frequency space in which an input signal of a polar-orthogonal transformation unit in a conventional target observation apparatus is arranged.
FIG. 12 is an explanatory diagram for explaining a chirp signal for modulating a high-frequency pulse generated by a transceiver in a conventional target observation apparatus.
FIG. 13 is an explanatory diagram showing the geometry of observation by a conventional target observation apparatus.
FIG. 14 is a block diagram showing a conventional target observation apparatus.
[Explanation of symbols]
21 Transmit / receive antenna (receiver), 21a Transmit / receive antenna position S, 21b Transmit / receive antenna position Q, 22 Transmitter / receiver (receiver), 23 Distance compensator ( First compensation means ), 24 Phase compensation amount calculation unit ( Second compensation means ), 25 Phase compensation unit ( Second compensation means ), 26 pole-orthogonal transformation unit (reproducing unit), 27 range Fourier transform unit (reproducing unit), 28 azimuth Fourier transform unit (reproducing unit), 31 orbit center P, 32 point O on the ground surface directly below the orbit center .

Claims (6)

Receiving means for receiving a signal reflected by the observation target; first compensation means for performing phase compensation corresponding to a change in the distance between the receiving means and the observation target on the received signal of the receiving means; and a trajectory of the radar platform; In consideration of the position of the observation target, the second compensation means for compensating for the phase error caused by the radar platform included in the received signal after compensation by the first compensation means moving on the curve, and the second compensation means A target observation apparatus comprising: reproduction means for reproducing a radio wave image of an observation target from a received signal after compensation by the compensation means. The second compensation means compensates for the phase error contained in the received signal, assuming that the phase error in the azimuth direction of the observation target does not change among the phase errors contained in the received signal after compensation by the first compensating means. The target observation apparatus according to claim 1, wherein: When the reproducing means includes a range Fourier transform means for Fourier transforming the received signal in the range direction and an azimuth Fourier transform means for Fourier transforming the received signal in the azimuth direction, the range Fourier transform means and the azimuth Fourier transform means 2. The target observation apparatus according to claim 1, wherein a second compensation means is inserted between the two . When the antenna receives a signal reflected from the observation target, it performs phase compensation corresponding to the change in the distance between the antenna and the observation target on the received signal, and considers the radar platform trajectory and the position of the observation target. A target observation method for compensating a phase error caused by a radar platform included in a compensated received signal moving on a curve and reproducing a radio wave image of an observation target from the compensated received signal. In consideration of the radar platform trajectory and the position of the observation target, the phase error included in the compensated received signal is compensated for when the radar platform included in the compensated received signal moves on the curve. 5. The target observation method according to claim 4, wherein the phase error included in the received signal is compensated for assuming that the phase error in the azimuth direction of the observation target does not change. When reproducing the radio wave image of the observation target from the received signal, when performing the range Fourier transform process for Fourier transforming the received signal in the range direction and the azimuth Fourier transform process for Fourier transforming the received signal in the azimuth direction, 5. The target according to claim 4, wherein a phase error compensation process is performed between the range Fourier transform process and the azimuth Fourier transform process by moving the radar platform included in the compensated received signal on a curve. Observation method.

Images