JP3866048B2 - Image radar device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、レーダ画像を用いて目標の認識・識別をする画像レーダ装置に関し、特に識別性能を向上することができる画像レーダ装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図23は例えば特開平6−174838号公報に示された従来のレーダ装置の構成を示す図である。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はレーダ画像再生手段、506はレーダ画像表示手段、507は目標追尾手段、508は点像応答推定手段、509は目標アスペクト角推定手段、510はRCS算出手段、511は畳み込み積分手段、512は目標形状データ蓄積手段、513はオペレータを示す。
【0003】
図24は観測時の目標とレーダとの位置関係および目標の運動を示す図である。図において、521は目標、522はレーダ装置を示す。
図25は、図23で示したレーダ画像再生手段505の内部を詳細に示したものである。図において、531はレンジ圧縮手段、532は動き補償手段、533はクロスレンジ圧縮手段、534は2次元記憶手段を示す。
図26は、図23で示したレーダ画像表示手段506の内部を詳細に示したものである。図において、541は2次元表示バッファ、542はモニタTVを示す。
【0004】
次に図面に従って動作について説明する。送信機501で発生した高周波信号は、送受切換器502を経て送受信アンテナ503から目標521に向け放射される。目標521に照射された高周波信号の一部がレーダ装置522の方向に反射し送受信アンテナ503で受信され、送受切換器502を経て受信機504で増幅・検波された後、レーダ画像再生手段505によって目標521のRCS( Radar Cross Section )分布を示すレーダ画像に変換され、レーダ画像表示手段506により表示される。
【0005】
以下に、画像再生の方法について詳しく説明する。
受信機504から出力された受信信号は、レーダ画像再生手段505へ入力され、まず、レンジ圧縮手段531でレンジ分解能を向上させる処理即ちパルス圧縮が行なわれる。レンジ圧縮後の受信信号は二次元記憶手段534にレンジビン番号mおよびパルスヒット番号nに応じて格納される。目標521の動きから画像再生に有害なランダム成分を除去するために、受信信号は二次元記憶手段534から読み出され、目標521の中心点のドップラ周波数が0となるように、動き補償手段532により位相補償およびレンジビンの並べ換えが行なわれ、再び二次元記憶手段534に格納される。
【0006】
今、図24に示すように目標521がヨー運動による回転あるいは直進運動をしているものと仮定すると、同一レンジビン内に存在する目標上の相異なる点がそれぞれ異なるドップラ周波数の反射波を発生する。これを利用して、クロスレンジ圧縮手段533では、上記位相補償後の受信信号をレンジビン毎にFFT(Fast Fourier Transform )することにより、クロスレンジ分解能の向上を図る。レンジおよびクロスレンジの両方向について高分解能化され、目標の各点のRCS分布を表すレーダ画像はレーダ画像表示手段506へ送られ、二次元表示バッファ541に一旦格納された後、モニタTV542に画像として表示される。このように目標の運動により生じるドップラー効果を利用してその形状を得るレーダ装置はISAR(Inverse Synthetic Aperture Radar)として知られている。
【0007】
受信機504で得られる受信信号は目標追尾手段507にも供給され、目標の進行方向、位置、速度、加速度等の運動特性が目標追尾手段507により推定される。この結果とレーダ装置の諸元からレーダ装置のインパルスレスポンスに相当する点像応答関数が点像応答推定手段508によって算出される。また同時に、目標アスペクト角推定手段509において、目標521およびレーダ装置522の位置および目標521の進行方向から目標のアスペクト角が推定される。目標形状データ蓄積手段512では、目標毎の3次元形状データが格納されてある。RCS算出手段510では、目標形状データ蓄積手段512に格納された3次元形状データを順次読みだし、推定した目標のアスペクト角に基づいて目標のRCS分布を算出する。RCS分布の計算には、例えばGTD(Geometrical Theory of Diffraction)やPTD(Physical Theory of Diffraction)など良く知られた手法が利用できる。このとき、目標の形状データの分解能はレーダ装置の分解能とは必ずしも一致しないので、これを整合させるため、畳み込み積分手段511において、RCS分布と点像応答関数との畳み込み積分を行ない、認識・識別用の辞書画像を生成する。
このようにして生成した辞書画像を再生したレーダ画像と共にレーダ画像表示手段506で表示するので、これをオペレータ513が同時に見ることができ、たとえレーダ画像が日常見慣れた可視光による目標の画像と異なっていても、容易に認識・識別することができる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
従来のレーダ装置では、目標の3次元形状を得ることができないので、識別性能が低いという問題があった。
また、従来のレーダ装置では、目標の3次元のRCS分布を得ることができないので、識別性能が低いという問題があった。
また、従来のレーダ装置では、目標の回転運動のような目標特有の特徴量を推定できないので識別性能が低いという問題があった。
また、従来のレーダ装置では、長さを2軸とする二次元画像を生成できないという問題があった。
【0009】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、識別性能を向上させることができ、また長さを2軸とする二次元画像を生成することができる画像レーダ装置を得ることを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るレーダ装置においては、目標に電波を照射し、目標からの反射波を利用して目標の形状情報をISARレーダ画像として得る画像レーダ装置であって、異なる位置に配置され目標のレーダ画像の収集およびレーダ位置を基準とした目標の存在方向の推定を行う複数のレーダ画像収集装置と、各レーダ画像収集装置の出力画像上の各反射点間の対応を判定する対応点判定回路と、対応点判定回路の出力である対応点の判定結果と各レーダ画像収集装置の出力であるレーダ画像および目標の存在方向とからそれぞれの画像における各反射点のレンジを抽出し、抽出した上記各反射点のレンジを組み合わせて目標の3次元形状を復元する3次元形状復元回路とを備えている。
【0011】
また、この発明に係るレーダ装置においては、目標に電波を照射し、目標からの反射波を利用して目標の形状情報をISARレーダ画像として得る画像レーダ装置であって、異なる位置に配置され目標のレーダ画像の収集およびレーダ位置を基準とした目標の存在方向の推定を行う複数のレーダ画像収集装置と、各レーダ画像収集装置の出力画像上の各反射点間の対応を判定する対応点判定回路と、対応点判定回路の出力である対応点の判定結果と各レーダ画像収集装置の出力であるレーダ画像から得られるそれぞれの画像における各反射点のレンジおよび目標の存在方向とから目標上の反射強度に関する3次元分布を構築する反射強度3次元分布構築回路とを備えている。
【0012】
また、この発明に係るレーダ装置においては、目標に電波を照射し、目標からの反射波を利用して目標の形状情報をISARレーダ画像として得る画像レーダ装置であって、異なる位置に配置され目標のレーダ画像の収集およびレーダ位置を基準とした目標の存在方向の推定を行う複数のレーダ画像収集装置と、各レーダ画像収集装置の出力画像上の各反射点間の対応を、各反射点の振幅値情報をも用いて判定する強度考慮対応点判定回路と、強度考慮対応点判定回路の出力である対応点の判定結果と各レーダ画像収集装置の出力であるレーダ画像から得られるそれぞれの画像における各反射点のレンジおよび目標の存在方向とから目標の3次元形状を復元する3次元形状復元回路とを備えている。
【0013】
また、この発明に係るレーダ装置においては、目標に電波を照射し、目標からの反射波を利用して目標の形状情報をISARレーダ画像として得る画像レーダ装置であって、異なる位置に配置され目標のレーダ画像の収集およびレーダ位置を基準とした目標の存在方向の推定を行う複数のレーダ画像収集装置と、各レーダ画像収集装置の出力画像上の各反射点間を、各反射点毎に、多数の画像のうちいずれか3枚を用いて対応づけるN画像対応点判定回路と、N画像対応点判定回路の出力である対応点の判定結果と各レーダ画像収集装置の出力であるレーダ画像から得られるそれぞれの画像における各反射点のレンジおよび目標の存在方向とから目標の3次元形状を復元する3次元形状復元回路とを備えている。
【0014】
また、この発明に係るレーダ装置においては、目標に電波を照射し、目標からの反射波を利用して目標の形状情報をISARレーダ画像として得る画像レーダ装置であって、異なる位置に配置され目標のレーダ画像の収集およびレーダ位置を基準とした目標の存在方向の推定を行う複数のレーダ画像収集装置と、各レーダ画像収集装置の出力画像上の各反射点間のうち対応のとれる基準点を選定する基準点選定回路、基準点選定回路で得られた基準点に関してその空間位置を推定する基準位置推定回路、基準位置推定回路で得られた基準点の空間位置とレーダ画像収集装置で得られた各基準点の画像の画像上のレンジおよびドップラー周波数と各レーダ画像収集装置の位置を基準とした目標の方向とから目標の回転角速度ベクトルを推定する回転角速度ベクトル推定回路、および回転軸の位置を推定する回転軸位置推定回路を有する回転運動推定回路とを備えている。
【0015】
また、回転運動推定回路の出力である回転運動の推定結果を各時刻で蓄積する回転運動履歴蓄積回路をさらに備えている。
【0016】
また、回転運動推定回路の推定結果を基に各レーダ画像収集装置ごとのクロスレンジ軸と長さと周波数のスケーリングを推定する投影面決定回路と、投影面決定回路の推定結果を基に、レンジおよびレンジに直交するクロスレンジを長さで表現したレーダ画像を各レーダ画像収集装置ごとに得られたレーダ画像に関して生成するレンジ・クロスレンジ画像生成回路とをさらに備えている。
【0017】
また、各レンジクロスレンジ画像生成回路上の各反射点ごとに、各反射点の存在範囲をそのレンジクロスレンジ画像上の反射点を通り、その平面に直交する直線上に限定し、各レンジクロスレンジ画像毎に現れる各軸が交わるか否かを判定する直線交差判定回路と、直線交差判定回路で得られた交差情報を基に、各面上の点に関する軸が全面で1点で交わるものを探索し、これに基づいて対応点を決定する交差情報考慮型対応点判定回路と、交差情報考慮型対応点判定回路の情報を基に目標の3次元形状を構築する3次元形状構築回路とをさらに備えている。
【0018】
また、各レンジクロスレンジ画像生成回路上の各反射点ごとに、各反射点の存在範囲をそのレンジクロスレンジ画像上の反射点を通り、その平面に直交する直線上に限定し、各レンジクロスレンジ画像ごとに現れる各軸が交わる否かを判定する直線交差判定回路と、交差していると判定された点の組に関して交点の3次元座標を決定する交点探索回路と、さらに別のレンジクロスレンジ画像に関して、各反射点ごとに軸を決定し、その軸が交点を通過するかどうかを調べ、通過した場合にはその点、および交点に関する各画像上の点の組を対応している、そうでなければ対応していないと判定する交点通過型対応点判定回路と、交点通過型対応点判定回路の情報を基に目標の3次元形状を構築する3次元形状構築回路とをさらに備えている。
【0019】
また、候補目標の形状データを蓄積する目標形状データ蓄積手段と、3次元形状復元回路で復元された観測目標の3次元形状と目標形状データ蓄積手段に蓄積された候補目標の形状データを照合して、類似している候補目標を出力する3次元形状照合回路とをさらに備えている。
【0020】
また、候補目標の形状データを蓄積する目標形状データ蓄積手段と、目標形状データに蓄積された各候補目標の3次元形状データに電磁界理論を適用して、その反射強度の3次元分布を算出するRCS算出手段と、反射強度3次元分布構築回路で構築された観測目標の反射強度の3次元分布とRCS算出手段で得られた各候補目標の反射強度の3次元分布を照合して類似する候補目標を選択する反射強度3次元分布照合回路とをさらに備えている。
【0021】
また、この発明に係るレーダ装置においては、目標に電波を照射し、目標からの反射波を利用して目標の形状情報をISARレーダ画像として得る画像レーダ装置であって、異なる位置に配置して、目標に対して電波の送受信を行い、目標のレーダ画像の収集、およびレーダ位置を基準とした目標の存在方向の推定を行うレーダ画像収集装置と、所定のレーダ画像収集装置から目標に照射して反射された信号を用いて目標のレーダ画像とレーダ画像に関するレンジベクトルを得る受信専用レーダ画像収集装置と、レーダ画像収集装置または受信専用レーダ画像収集装置より得られた出力画像上の各反射点間の対応を判定する対応点判定回路と、対応点判定回路の出力である対応点の判定結果と各レーダ画像収集装置または受信専用レーダ画像収集装置の出力であるレーダ画像および目標の存在方向から目標の3次元形状を復元する3次元形状復元回路とを備えている。
【0022】
また、各候補目標ごとの回転運動情報を蓄積する回転運動蓄積手段と、回転運動履歴蓄積回路に蓄積された各時刻ごとの観測目標の回転運動の履歴と回転運動蓄積手段に蓄積した各候補目標ごとの回転運動情報を照合して、回転運動が類似する候補目標を出力する回転運動照合回路とをさらに備えている。
【0023】
また、レーダ画像収集装置は、目標に照射する高周波パルスを生成する送信機と、送信機で生成された高周波パルスを送受信する送受信アンテナと、目標により反射、散乱された高周波パルスの一部を送受信アンテナを介して受信・検波する受信機と、受信機で得られた受信信号を元に観測対象のレーダ画像を生成するレーダ画像再生手段と、受信信号の到来方向からレーダ画像収集装置の位置を基準とした目標の存在方向を単位ベクトルで得るレンジベクトル算出手段とを有する。
【0024】
また、レーダ画像収集装置は、目標により反射、散乱された高周波パルスの一部を送受信アンテナを介して受信・検波する受信機と、受信機で得られた受信信号を元に観測対象のレーダ画像を生成するレーダ画像再生手段と、受信信号の到来方向および、その受信信号を得るための送信を行ったレーダ画像収集装置の照射方向から、レンジ方向の単位ベクトルを推定するバイスタレンジベクトル算出手段とを有する。
【0025】
また、この発明に係るレーダ装置においては、目標に照射する高周波パルスを生成する送信機、送信機で生成された高周波パルスを送受信する送受信アンテナ、目標により反射、散乱された高周波パルスの一部を送受信アンテナを介して受信・検波する受信機、受信機で得られた受信信号を基に観測対象のレーダ画像をISARレーダ画像として生成するレーダ画像再生手段、受信信号の到来方向から目標の存在方向を単位ベクトルで得るレンジベクトル算出手段、レーダと目標の相対運動により刻一刻と変化するレーダ画像再生手段の出力であるレーダ画像を蓄積するレーダ画像履歴蓄積手段、およびレーダと目標の相対運動により刻一刻と変化するレンジベクトル算出手段の出力であるレンジベクトルの算出結果を蓄積するレンジベクトル履歴蓄積手段を有する移動レーダ画像収集装置と、移動レーダ画像収集装置の出力である各時刻におけるレーダ画像から対応点を決定する対応点判定回路と、対応点判定回路の対応点判定結果と移動レーダ画像収集装置の出力であるレンジベクトルの履歴およびレーダ画像の履歴から目標の3次元形状を復元する3次元形状復元回路とを備えている。
【0026】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
図1は本発明の画像レーダ装置の実施の形態1を示すの処理ブロック図である。図において、11はレーダ画像収集装置、12は対応点判定回路、13は3次元形状復元回路である。
【0027】
図2は図1のレーダ画像収集装置11を詳細に示す処理ブロック図である。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はレーダ画像再生手段、14はレンジベクトル算出手段である。
【0028】
図3は本実施の形態の処理を説明するためのジオメトリである。
図4は各レーダ画像収集装置で得られるISAR画像の例である。
【0029】
次に、図1〜4を用いて本実施の形態の処理内容を説明する。
まず、レーダ画像収集装置11の処理内容について説明する。レーダ画像収集装置11において、送信機501で発生した高周波信号を、送受切換器502を経て送受信アンテナ503から目標に向け放射し、目標に照射された高周波信号の一部がレーダ画像収集装置11の方向に反射し、これを送受信アンテナ503で受信し、送受切換器502を経て受信機504で増幅・検波した後、レーダ画像再生手段505によって目標のRCSを示すレーダ画像に変換する処理は従来と同様である。
【0030】
又、レンジベクトル算出手段14では、反射波の到来方向をもとに、レーダ画像収集装置11から見た目標方向の単位ベクトルを得る。この単位ベクトルを以下ではレンジベクトルと呼ぶ。
【0031】
本実施の形態では、図3に示すように、レーダ画像収集装置11を異なる位置に3台配置する。これらを便宜的にradar#1,radar#2,radar#3と呼ぶことにする。各radar#n(n=1,2,3)で得られたISAR画像をimage#n(n=1,2,3)、レンジベクトルをssn(n=1,2,3)と表す。各image#nにおいては、図4に表すように観測した目標の像が得られる。ここで観測方向の違いにより、同一目標に関して異なる向きの画像が得られていることに注意する。
【0032】
対応点判定回路12では、各image上の各反射点同志を比較して、各image間の対応づけを行う。例えば、図4の例では、機首、翼の先端、垂直尾翼先端等々がそれぞれの画像間で対応づけられたものとする。
【0033】
ここで対応がとれた反射点数をJ+1とする。このうちの1点を基準点とし(図4の例では機首P0)、image#nにおける、この点と各反射点Pj(j=1,2,…,J)のレンジの差をsnj(n=1,2,3;j=1,2,…,j)とする。
【0034】
点P0を基準とした各反射点Pjの位置ベクトルをrrjとすると、式(1)が成立する。
【0035】
【数1】

Figure 0003866048
【0036】
ただし、Tはベクトルの転置演算を表す。
これを各点Pjごとにまとめると次式が得られる。
【0037】
【数2】
Figure 0003866048
【0038】
ただし、ssnx,ssny,ssnz(n=1,2,3)はベクトルssnの第一要素、第二要素、第三要素を表す。式(2)を変形すると次式が得られる。
【0039】
【数3】
Figure 0003866048
【0040】
3次元形状復元回路13では、式(3)に基づき点Pjの3次元の位置ベクトルを算出し、その位置に点を配置する。
各点ごとに同じ処理を行うことで、観測目標に関して、その3次元形状を点の分布として得ることができる。
【0041】
このような構成の画像レーダ装置においては、目標の3次元形状を知ることができるので識別性能が向上する。
【0042】
実施の形態2.
図5は本発明の画像レーダ装置の実施の形態2を示すの処理ブロック図である。図において、21は反射強度3次元分布構築回路である。
【0043】
次に、図5を用いて、本実施の形態の処理内容を説明する。
本実施の形態では実施の形態1における3次元形状復元回路13の出力である各反射点の位置に対して各レーダ画像収集装置11で得られたISAR画像より反射強度を与える。
【0044】
すなわち、反射強度3次元分布構築回路21では、各レーダ画像収集装置11で得られたISAR画像image#1,image#2,image#3ごとに、それぞれ3次元形状復元回路13で得られた各反射点の3次元座標に反射点Pjの反射強度を割り当てる。こうして得られた3次元の反射強度分布は、目標を各レーダ画像収集装置11方向から観測した場合の目標上の反射強度分布に対応する。
【0045】
このような構成の画像レーダ装置においては、目標の3次元形状を知ることができるので識別性能が向上する。
また、目標の3次元反射強度分布を知ることができるので識別性能が向上する。
【0046】
実施の形態3.
図6は本発明の画像レーダ装置の実施の形態3を示すの処理ブロック図である。図において、31は強度考慮対応点判定回路である。
【0047】
次に、図6を用いて本実施の形態の処理内容を説明する。
本実施の形態では、レーダ画像収集装置11で得られた反射強度分布まで用いて各image#n間の反射点の対応づけを行う。
【0048】
強度考慮対応点判定回路31では、各画像における反射点の強度の情報を踏まえて、反射点の対応づけを行う。これは、例えば、レーダ画像収集装置11からみた目標の方向が類似する場合には、同じ反射点の反射強度は近い値をとることを利用している。
【0049】
このような構成の画像レーダ装置においては、目標の3次元形状を知ることができるので識別性能が向上する。
また、目標の3次元反射強度分布を知ることができるので識別性能が向上する。
さらには、反射強度を利用して3次元形状を構築するので、3次元形状の構築精度が向上する。
【0050】
実施の形態4.
図7は本発明の画像レーダ装置の実施の形態4を示すの処理ブロック図である。図において、41はN画像対応点判定回路である。図8は本実施の形態の処理を説明するための図である。
【0051】
次に図7、図8を用いて本実施の形態の処理内容を説明する。
実施の形態1では、異なる位置に配置された3台のレーダ画像収集装置11で得られたISAR画像image#1,image#2,image#3を用いて観測目標の3次元形状を復元した。
【0052】
しかし、これを行う場合には反射点が上記3枚の画像で対応がとれている必要がある。しかし、反射点の位置、反射特性等によってはいずれかの画像で検出されない可能性がある。そこで3台以上のN台のレーダ画像収集装置11を用意し、ISAR画像image#1〜image#Nを得る。
【0053】
N画像対応点判定回路41では、これらN枚の画像から各反射点ごとに反射点を確認できる3枚の画像を各反射点ごとに選びだす。これに対して3次元形状復元回路13では、実施の形態1同様式(3)を適用して3次元の位置ベクトルを得る。
【0054】
このような構成の画像レーダ装置においては、目標の3次元形状を知ることができるので識別性能が向上する。
また、多数の枚数の画像を用いて3次元形状を構築するので例えば、3枚の画像では、反射点がある画像で見えないとき、3台のレーダ画像収集装置ではそのレンジベクトルが一次独立ではない場合にも対応できる。
【0055】
実施の形態5.
図9は本発明の画像レーダ装置の実施の形態5を示すの処理ブロック図である。図において、51は基準点選定回路、52は基準位置推定回路、53は回転角速度ベクトル推定回路、54は回転軸位置推定回路、55は回転運動推定回路を表す。図10は本実施の形態の処理内容を説明するための図である。
【0056】
次に図9、図10を用いて本実施の形態の処理内容を説明する。
3台のレーダ画像収集装置11でレーダ画像image#1,image#2,image#3を得る。
基準点選定回路51では、目標上の4点P0〜P3を選び出す。
【0057】
基準位置推定回路52では、各image#n上での反射点P0を基準とした各反射点Pmの距離snm(n=1,2,3;m=1,2,3)を得る。さらに、各レーダ画像収集装置11のレンジベクトルssnを用いて式(3)でP0を基準とした3次元位置ベクトルを得る。
【0058】
回転角速度ベクトル推定回路53では、image#nにおいてP0を基準とした各反射点Pmのドップラー周波数fnmを得て次式でP0を基準とした各反射点Pmの相対速度vnmを得る。
【0059】
【数4】
Figure 0003866048
【0060】
ただし、λは送信波長である。vnmとssn、rrm、回転角速度ベクトルLLの間には次式の関係がある。
【0061】
【数5】
Figure 0003866048
【0062】
ただし、AA、BBをベクトルとすると(AA・BB)はAAとBBの内積演算、(AA×BB)はAAとBBの外積演算を表す。
さてここで、n,mを変化させた場合のベクトルrrm×ssnは9種類になる。これらのうちから、一次独立な3種類のベクトルを選びだし、これをggk(k=1,2,3)とし、そのベクトルに対応する相対速度をvkとすると、次式が成立する。
【0063】
【数6】
Figure 0003866048
【0064】
ただし、ggkx,ggky,ggkz(k=1,2,3)はベクトルggkの第一、第二、第三要素である。よってLLは、次式で与えられる。
【0065】
【数7】
Figure 0003866048
【0066】
すなわち、目標の回転運動を表す角速度ベクトルが定まった。
【0067】
このような構成の画像レーダ装置においては、目標の回転運動を表す角速度ベクトルを得ることができるのでこの値を用いた識別が行えるようになる。
【0068】
なお、本実施の形態においてレーダ画像収集装置の台数を3としたが、3台以上としても成立するのは言うまでもない。
【0069】
実施の形態6.
図11は本発明の画像レーダ装置の実施の形態6を示すの処理ブロック図である。図において、61は回転運動履歴蓄積回路である。
【0070】
次に図11を用いて本実施の形態の処理内容を説明する。
レーダ画像収集装置11で得られた3枚のISAR画像を用いて回転運動推定回路55で回転角速度ベクトルLLを推定する処理は実施の形態5と同様である。本実施の形態では、この回転角速度ベクトルを回転運動履歴蓄積回路61に蓄積する。
【0071】
このような構成の画像レーダ装置においては、目標の回転運動を表す角速度ベクトルの時間変化を得ることができるので、例えば、Pitch運動の周期のような運動情報を得ることができる。
【0072】
実施の形態7.
図12は本発明の画像レーダ装置の実施の形態7を示すの処理ブロック図である。図において、71は投影面決定回路、72はレンジ・クロスレンジ画像生成回路である。
【0073】
次に図12を用いて本実施の形態の処理内容を説明する。
本実施の形態では実施の形態5の回転運動推定回路55で得られた角速度ベクトルLLを用いて、まず投影面決定回路71で、各レーダ画像収集装置11ごとの目標形状の投影面を決定する。目標上の反射点PmのP0を基準とした位置ベクトルをrrmとし、そのISAR画像上でのP0を基準としたレンジ、ドップラー周波数をsnm,fnmとすると、これらの変数の間には次式が成立する。
【0074】
【数8】
Figure 0003866048
【0075】
【数9】
Figure 0003866048
【0076】
ここで、次式を満足するベクトルccnを導入する。
【0077】
【数10】
Figure 0003866048
【0078】
このccnはベクトルssn×LLと同じ方向の単位ベクトルであり、以下ではクロスレンジベクトルと呼ぶ。
式(8)(10)より、空間中でssnとccnで定義された平面が、目標形状を投影する投影面である。なお式(9)(10)の関係より次式が成立する。
【0079】
【数11】
Figure 0003866048
【0080】
ここで、右辺が反射点Pmの位置ベクトルrrmとccnの内積であることから左辺はrrmのccn方向への射影成分を表している事となる。このことを踏まえて、レンジ・クロスレンジ画像生成回路72では収集したISAR画像image#n(n=1,2,3)を周波数方向に、−λ/(2||ssn×LL||)倍する。
【0081】
これにより、ssn,ccn方向ともに距離軸とするレンジクロスレンジ画像を得る。この時のクロスレンジ方向の長さをcnmとする。
【0082】
このような構成の画像レーダ装置においては、目標に関して各レーダ画像収集装置ごとにレンジ、およびそれに直交したクロスレンジ方向の長さを軸とした目標画像を得ることができるので、これを用いて目標識別性能を向上させることができる。
【0083】
実施の形態8.
図13は本発明の画像レーダ装置の実施の形態8を示すの処理ブロック図である。図において、81は直線交差判定回路、82は交差情報考慮型対応点判定回路である。
【0084】
次に図13を用いて本実施の形態の処理内容を説明する。
本実施の形態では、レンジ・クロスレンジ画像生成回路72までの処理で、各レーダ画像収集装置11ごとの投影面を決定するレンジベクトルssn(n=1,2,3)、クロスレンジベクトルccn(n=1,2,3)および、各image#n上の反射点の座標snp,cnpを用いて、3枚の画像上の反射点の対応づけを行った上で3次元形状を構築する。
【0085】
直線交差判定回路81では、まず、各レーダ画像収集装置11ごとの投影面の法線ベクトルttnを次式で得る。
【0086】
【数12】
Figure 0003866048
【0087】
反射点Pを各投影面nへ投影した場合の位置ベクトルをuupnとすると、uupnは次式で与えられる。
【0088】
【数13】
Figure 0003866048
【0089】
反射点Pはuupnを通りttn方向の軸上に存在する。
さて、面naとnbで同一の点が観測された場合、上記の軸はある1点で交わる。よって、上記の軸が交わるかどうかを判定して、交わった場合には同一の反射点の組合わせの候補とする。軸が交わるかどうかの判定は、次式で行う。
【0090】
【数14】
Figure 0003866048
【0091】
上式のaが0の場合には2本の軸が交わる。それ以外の場合には2本の軸はねじれの位置にある。
【0092】
直線交差判定回路81では以上の情報をもとに各面上の反射点を通る軸間の交差を判定する。
【0093】
交差情報考慮型対応点判定回路82では、直線交差判定回路81の情報を元に、上記の軸が同じ1点を通る各面上の点の組合わせを判定する。
3次元形状復元回路13では交差情報考慮型対応点判定回路82で得られた組合わせの情報を元に実施の形態1等と同じ方式で3次元形状を復元する。
【0094】
このような構成の画像レーダ装置においては、目標に関して、軸の交差情報を利用して3次元形状を構築するので、3次元形状構築の精度が向上し、識別性能が向上する。
【0095】
実施の形態9.
図14は本発明の画像レーダ装置の実施の形態9を示すの処理ブロック図である。図において、91は交点探索回路、92は交点通過型対応点判定回路である。
【0096】
次に図14を用いて本実施の形態の処理内容を説明する。
実施の形態8と同様の処理で、image#1〜image#3のうちの2枚image#na,image#nbの画像上の反射点が交差するかどうかを判定する。
【0097】
交差していると判定されたimage#na,image#nb上の反射点の画像上での位置ベクトルをrrnap、rrnbpとすると交点の位置ベクトルrrrは次式で与えられる。
【0098】
【数15】
Figure 0003866048
【0099】
ここで、α,βは未知数である。さて、ttna,ttnbはいずれも3次元ベクトルであるが、このうちの2要素(たとえば第一要素と第二要素)を適当に選ぶ事で2次元ベクトルを生成できる。ttna,ttnbで同じ2要素を選んで2次元ベクトルを生成する。これを(txa,tya),(txb,tyb)とする。ただし、これらの2次元ベクトルとして互いに一次独立な組を選択する。また同じ要素に関してrrnap、rrnbpから生成した2次元ベクトルをそれぞれ(rxa,rya),(rxb,ryb)とする。なお、これらの2次元ベクトルはいずれも列ベクトルで以下考える。
α、βは次式で定まる。
【0100】
【数16】
Figure 0003866048
【0101】
よって、式(15)のrrrが定まる。
交点探索回路91では上記の処理を行う。
【0102】
さて、image#1〜image#3のうちの残りの1枚image#nc上で上記位置ベクトルrrrの反射点に対応する点rrncpが存在した場合、次式が成立する。
【0103】
【数17】
Figure 0003866048
【0104】
ここで、γは適当な定数である。よって、image#na,image#nb上の各反射点間で求まった各交点とimage#nc上の各反射点に関して、式(17)を適用し、これを満足する組が存在した場合には、上記の交点に関連する各画像上の反射点と、image#nc上のこの反射点の対応がとれたと判定できる。
【0105】
交点通過型対応点判定回路92は、上記の性質を踏まえて、各反射点間の対応を判定する。3次元形状復元回路13ではこの結果を踏まえて3次元形状を復元する。
【0106】
このような構成の画像レーダ装置においては、軸の交差情報を利用して3次元形状を構築するので、3次元形状構築の精度が向上し、識別性能が向上する。
【0107】
実施の形態10.
図15は本発明の画像レーダ装置の実施の形態10を示すの処理ブロック図である。図において、101は3次元形状照合回路である。
【0108】
次に図15を用いて本実施の形態の処理内容を説明する。
3次元形状復元回路13までの処理で観測目標の3次元形状を構築する処理は実施の形態1と同様である。3次元形状照合回路101では、目標形状データ蓄積手段512に蓄積された各候補目標の3次元形状と3次元形状復元回路13で構築された観測目標の3次元形状を照合する。照合した結果最も一致すると判定された候補目標を観測目標の識別結果として出力する。
【0109】
このような構成の画像レーダ装置においては、観測目標の種類を3次元形状を用いて識別できるので識別性能が向上する。
【0110】
実施の形態11.
図16は本発明の画像レーダ装置の実施の形態11を示すの処理ブロック図である。図において、111は反射強度3次元分布照合回路である。
【0111】
次に図16を用いて本実施の形態の処理内容を説明する。
反射強度3次元分布構築回路21までの処理で観測目標の反射強度3次元分布を得る処理は実施の形態2と同様である。
反射強度3次元分布照合回路111では、観測目標の反射強度3次元分布と目標形状データ蓄積手段512に蓄積された各候補目標の3次元形状にRCS算出手段510を適用して得られた候補目標の反射強度3次元分布を照合して、その種類を識別する。
【0112】
このような構成の画像レーダ装置においては、観測目標の種類を3次元の反射強度分布を用いて識別できるので識別性能が向上する。
【0113】
実施の形態12.
図17は本発明の画像レーダ装置の実施の形態12を示すの処理ブロック図である。図において、121は受信専用画像収集装置である。図18は図17の受信専用画像収集装置121を詳細に示す処理ブロック図である。図において、122はバイスタレンジベクトル算出手段である。
【0114】
次に図17、図18を用いて本実施の形態の処理内容を説明する。
本実施の形態では、1機のレーダ画像収集装置11と、2機の受信専用レーダ画像収集装置121で得られたレーダ画像を用いて目標の3次元形状を構築する。受信専用レーダ画像収集装置121では、レーダ画像収集装置11から照射されて、目標で散乱された電波を受信アンテナ503を介して受信機504で受信してレーダ画像再生手段505でレーダ画像を再生する。
【0115】
バイスタレンジベクトル算出手段122では、反射波の到来方向およびレーダ画像収集装置11から目標への照射方向から、バイスタティック構成におけるレンジベクトルを計算する。
以下、対応点判定回路12、3次元形状復元回路13での処理は実施の形態1と同様である。
【0116】
本実施の形態では、実施の形態1と同等の効果を、より簡単な構成で実現できる。
【0117】
実施の形態13.
図19は本発明の画像レーダ装置の実施の形態13を示すの処理ブロック図である。図において、131は回転運動蓄積手段、132は回転運動照合回路である。
【0118】
次に図19を用いて本実施の形態の処理内容を説明する。
本実施の形態では、実施の形態6と同様の処理で回転運動履歴蓄積回路61に蓄積された目標の回転運動履歴を、事前に回転運動蓄積手段131に蓄積された候補目標の回転運動履歴(例えばyaw、roll、pitch運動の周期や振幅等)と比較して、その回転運動が類似する候補目標を目標の識別結果とする。
【0119】
このような構成の画像レーダ装置においては、各目標ごとに固有の運動情報を用いて識別を行うので識別性能が向上する。
【0120】
実施の形態14.
図20は本発明の画像レーダ装置の実施の形態14を示すの処理ブロック図である。図において、131は移動レーダ画像収集装置である。図21は図20の移動レーダ画像収集装置131を詳細に示すの処理ブロック図である。図において、132はレーダ画像履歴蓄積手段、133はレンジベクトル履歴蓄積手段である。図22は本実施の形態の処理内容を説明するための図である。
【0121】
次に図20、図21、図22を用いて、本実施の形態の処理内容を説明する。
本実施の形態では、移動レーダ画像収集装置が、t=t1,t2,t3と時刻が進むにつれ場所を移動しながら目標の観測を行う場合を想定する。
【0122】
移動レーダ画像収集装置131ではレーダ画像再生手段505、および、レンジベクトル算出手段14までの処理は実施の形態1に示したレーダ画像収集装置11と同様である。移動レーダ画像収集装置131ではレーダ画像再生手段の後段にレーダ画像履歴蓄積手段132を配置し、各時刻tnにおけるレーダ画像radar#nを蓄積する。また、レンジベクトル算出手段14の後段にレンジベクトル履歴蓄積手段133を配置し、各時刻tnにおけるレンジベクトルssnを蓄積する。以降対応点判定回路12で各画像間の対応関係を判定し、3次元形状復元回路13で、3次元形状を復元する処理は実施の形態1と同様である。
【0123】
すなわち、本実施の形態では、少ない台数のレーダ画像収集装置で実施の形態1と同じ効果を得れる利点がある。
【0124】
【発明の効果】
この発明に係るレーダ装置においては、目標に電波を照射し、目標からの反射波を利用して目標の形状情報をISARレーダ画像として得る画像レーダ装置であって、異なる位置に配置され目標のレーダ画像の収集およびレーダ位置を基準とした目標の存在方向の推定を行う複数のレーダ画像収集装置と、各レーダ画像収集装置の出力画像上の各反射点間の対応を判定する対応点判定回路と、対応点判定回路の出力である対応点の判定結果と各レーダ画像収集装置の出力であるレーダ画像および目標の存在方向とからそれぞれの画像における各反射点のレンジを抽出し、抽出した上記各反射点のレンジを組み合わせて目標の3次元形状を復元する3次元形状復元回路とを備えている。そのため、目標の3次元形状を知ることができ、識別性能を向上させることができる。
【0125】
また、この発明に係るレーダ装置においては、目標に電波を照射し、目標からの反射波を利用して目標の形状情報をISARレーダ画像として得る画像レーダ装置であって、異なる位置に配置され目標のレーダ画像の収集およびレーダ位置を基準とした目標の存在方向の推定を行う複数のレーダ画像収集装置と、各レーダ画像収集装置の出力画像上の各反射点間の対応を判定する対応点判定回路と、対応点判定回路の出力である対応点の判定結果と各レーダ画像収集装置の出力であるレーダ画像から得られるそれぞれの画像における各反射点のレンジおよび目標の存在方向とから目標上の反射強度に関する3次元分布を構築する反射強度3次元分布構築回路とを備えている。そのため、目標の3次元形状を知ることができ、識別性能を向上させることができるとともに、目標の3次元反射強度分布を知ることができるのでさらに識別性能が向上する。
【0126】
また、この発明に係るレーダ装置においては、目標に電波を照射し、目標からの反射波を利用して目標の形状情報をISARレーダ画像として得る画像レーダ装置であって、異なる位置に配置され目標のレーダ画像の収集およびレーダ位置を基準とした目標の存在方向の推定を行う複数のレーダ画像収集装置と、各レーダ画像収集装置の出力画像上の各反射点間の対応を、各反射点の振幅値情報をも用いて判定する強度考慮対応点判定回路と、強度考慮対応点判定回路の出力である対応点の判定結果と各レーダ画像収集装置の出力であるレーダ画像から得られるそれぞれの画像における各反射点のレンジおよび目標の存在方向とから目標の3次元形状を復元する3次元形状復元回路とを備えている。そのため、目標の3次元形状を知ることができ、識別性能を向上させることができるとともに、目標の3次元反射強度分布を知ることができるので識別性能が向上する。さらには、反射強度を利用して3次元形状を構築するので、3次元形状の構築精度が向上する。
【0127】
また、この発明に係るレーダ装置においては、目標に電波を照射し、目標からの反射波を利用して目標の形状情報をISARレーダ画像として得る画像レーダ装置であって、異なる位置に配置され目標のレーダ画像の収集およびレーダ位置を基準とした目標の存在方向の推定を行う複数のレーダ画像収集装置と、各レーダ画像収集装置の出力画像上の各反射点間を、各反射点毎に、多数の画像のうちいずれか3枚を用いて対応づけるN画像対応点判定回路と、N画像対応点判定回路の出力である対応点の判定結果と各レーダ画像収集装置の出力であるレーダ画像から得られるそれぞれの画像における各反射点のレンジおよび目標の存在方向とから目標の3次元形状を復元する3次元形状復元回路とを備えている。そのため、目標の3次元形状を知ることができるので識別性能が向上し、また、多数の枚数の画像を用いて3次元形状を構築するので例えば、3枚の画像では、反射点がある画像で見えないとき、3台のレーダ画像収集装置ではそのレンジベクトルが一次独立ではない場合にも対応できる。
【0128】
また、この発明に係るレーダ装置においては、目標に電波を照射し、目標からの反射波を利用して目標の形状情報をISARレーダ画像として得る画像レーダ装置であって、異なる位置に配置され目標のレーダ画像の収集およびレーダ位置を基準とした目標の存在方向の推定を行う複数のレーダ画像収集装置と、各レーダ画像収集装置の出力画像上の各反射点間のうち対応のとれる基準点を選定する基準点選定回路、基準点選定回路で得られた基準点に関してその空間位置を推定する基準位置推定回路、基準位置推定回路で得られた基準点の空間位置とレーダ画像収集装置で得られた各基準点の画像の画像上のレンジおよびドップラー周波数と各レーダ画像収集装置の位置を基準とした目標の方向とから目標の回転角速度ベクトルを推定する回転角速度ベクトル推定回路、および回転軸の位置を推定する回転軸位置推定回路を有する回転運動推定回路とを備えている。そのため、目標の回転運動を表す角速度ベクトルを得ることができるのでこの値を用いた識別が行えるようになり、さらに識別性能が向上する。
【0129】
また、回転運動推定回路の出力である回転運動の推定結果を各時刻で蓄積する回転運動履歴蓄積回路をさらに備えている。これにより、目標の回転運動を表す角速度ベクトルの時間変化を得ることができるので、例えばPitch運動の周期のような運動情報を得ることができる。
【0130】
また、回転運動推定回路の推定結果を基に各レーダ画像収集装置ごとのクロスレンジ軸と長さと周波数のスケーリングを推定する投影面決定回路と、投影面決定回路の推定結果を基に、レンジおよびレンジに直交するクロスレンジを長さで表現したレーダ画像を各レーダ画像収集装置ごとに得られたレーダ画像に関して生成するレンジ・クロスレンジ画像生成回路とをさらに備えている。そのため、目標に関して各レーダ画像収集装置ごとにレンジ、およびそれに直交したクロスレンジ方向の長さを軸とした目標画像を得ることができるので、これを用いて目標識別性能を向上させることができる。
【0131】
また、各レンジクロスレンジ画像生成回路上の各反射点ごとに、各反射点の存在範囲をそのレンジクロスレンジ画像上の反射点を通り、その平面に直交する直線上に限定し、各レンジクロスレンジ画像毎に現れる各軸が交わるか否かを判定する直線交差判定回路と、直線交差判定回路で得られた交差情報を基に、各面上の点に関する軸が全面で1点で交わるものを探索し、これに基づいて対応点を決定する交差情報考慮型対応点判定回路と、交差情報考慮型対応点判定回路の情報を基に目標の3次元形状を構築する3次元形状構築回路とをさらに備えている。そのため、目標に関して、軸の交差情報を利用して3次元形状を構築するので、3次元形状構築の精度が向上し、識別性能が向上する。
【0132】
また、各レンジクロスレンジ画像生成回路上の各反射点ごとに、各反射点の存在範囲をそのレンジクロスレンジ画像上の反射点を通り、その平面に直交する直線上に限定し、各レンジクロスレンジ画像ごとに現れる各軸が交わる否かを判定する直線交差判定回路と、交差していると判定された点の組に関して交点の3次元座標を決定する交点探索回路と、さらに別のレンジクロスレンジ画像に関して、各反射点ごとに軸を決定し、その軸が交点を通過するかどうかを調べ、通過した場合にはその点、および交点に関する各画像上の点の組を対応している、そうでなければ対応していないと判定する交点通過型対応点判定回路と、交点通過型対応点判定回路の情報を基に目標の3次元形状を構築する3次元形状構築回路とをさらに備えている。そのため、目標に関して、軸の交差情報を利用して3次元形状を構築するので、3次元形状構築の精度が向上し、識別性能が向上する。
【0133】
また、候補目標の形状データを蓄積する目標形状データ蓄積手段と、3次元形状復元回路で復元された観測目標の3次元形状と目標形状データ蓄積手段に蓄積された候補目標の形状データを照合して、類似している候補目標を出力する3次元形状照合回路とをさらに備えている。そのため、観測目標の種類を3次元形状を用いて識別でき、識別性能が向上する。
【0134】
また、候補目標の形状データを蓄積する目標形状データ蓄積手段と、目標形状データに蓄積された各候補目標の3次元形状データに電磁界理論を適用して、その反射強度の3次元分布を算出するRCS算出手段と、反射強度3次元分布構築回路で構築された観測目標の反射強度の3次元分布とRCS算出手段で得られた各候補目標の反射強度の3次元分布を照合して類似する候補目標を選択する反射強度3次元分布照合回路とをさらに備えている。そのため、観測目標の種類を3次元の反射強度分布を用いて識別でき、識別性能が向上する。
【0135】
また、この発明に係るレーダ装置においては、目標に電波を照射し、目標からの反射波を利用して目標の形状情報をISARレーダ画像として得る画像レーダ装置であって、異なる位置に配置して、目標に対して電波の送受信を行い、目標のレーダ画像の収集、およびレーダ位置を基準とした目標の存在方向の推定を行うレーダ画像収集装置と、所定のレーダ画像収集装置から目標に照射して反射された信号を用いて目標のレーダ画像とレーダ画像に関するレンジベクトルを得る受信専用レーダ画像収集装置と、レーダ画像収集装置または受信専用レーダ画像収集装置より得られた出力画像上の各反射点間の対応を判定する対応点判定回路と、対応点判定回路の出力である対応点の判定結果と各レーダ画像収集装置または受信専用レーダ画像収集装置の出力であるレーダ画像および目標の存在方向から目標の3次元形状を復元する3次元形状復元回路とを備えている。そのため、レーダ装置をより簡単な構成で実現でき、コストダウンを図ることができる。
【0136】
また、各候補目標ごとの回転運動情報を蓄積する回転運動蓄積手段と、回転運動履歴蓄積回路に蓄積された各時刻ごとの観測目標の回転運動の履歴と回転運動蓄積手段に蓄積した各候補目標ごとの回転運動情報を照合して、回転運動が類似する候補目標を出力する回転運動照合回路とをさらに備えている。このような構成においては、各目標ごとに固有の運動情報を用いて識別を行うので識別性能が向上する。
【0137】
また、レーダ画像収集装置は、目標に照射する高周波パルスを生成する送信機と、送信機で生成された高周波パルスを送受信する送受信アンテナと、目標により反射、散乱された高周波パルスの一部を送受信アンテナを介して受信・検波する受信機と、受信機で得られた受信信号を元に観測対象のレーダ画像を生成するレーダ画像再生手段と、受信信号の到来方向からレーダ画像収集装置の位置を基準とした目標の存在方向を単位ベクトルで得るレンジベクトル算出手段とを有する。そのため、反射波の到来方向をもとに、レーダ画像収集装置から見た目標方向の単位ベクトル、すなわち、レンジベクトルを得ることができる。
【0138】
また、レーダ画像収集装置は、目標により反射、散乱された高周波パルスの一部を送受信アンテナを介して受信・検波する受信機と、受信機で得られた受信信号を元に観測対象のレーダ画像を生成するレーダ画像再生手段と、受信信号の到来方向および、その受信信号を得るための送信を行ったレーダ画像収集装置の照射方向から、レンジ方向の単位ベクトルを推定するバイスタレンジベクトル算出手段とを有する。そのため、反射波の到来方向およびレーダ画像収集装置から目標への照射方向に基づいて、バイスタティック構成におけるレンジベクトルを計算することができる。
【0139】
また、この発明に係るレーダ装置においては、目標に照射する高周波パルスを生成する送信機、送信機で生成された高周波パルスを送受信する送受信アンテナ、目標により反射、散乱された高周波パルスの一部を送受信アンテナを介して受信・検波する受信機、受信機で得られた受信信号を基に観測対象のレーダ画像をISARレーダ画像として生成するレーダ画像再生手段、受信信号の到来方向から目標の存在方向を単位ベクトルで得るレンジベクトル算出手段、レーダと目標の相対運動により刻一刻と変化するレーダ画像再生手段の出力であるレーダ画像を蓄積するレーダ画像履歴蓄積手段、およびレーダと目標の相対運動により刻一刻と変化するレンジベクトル算出手段の出力であるレンジベクトルの算出結果を蓄積するレンジベクトル履歴蓄積手段を有する移動レーダ画像収集装置と、移動レーダ画像収集装置の出力である各時刻におけるレーダ画像から対応点を決定する対応点判定回路と、対応点判定回路の対応点判定結果と移動レーダ画像収集装置の出力であるレンジベクトルの履歴およびレーダ画像の履歴から目標の3次元形状を復元する3次元形状復元回路とを備えている。そのため、少ない台数のレーダ画像収集装置で同様の効果を得れる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の画像レーダ装置の実施の形態1を示すの処理ブロック図である。
【図2】 図1のレーダ画像収集装置を詳細に示す処理ブロック図である。
【図3】 実施の形態1の処理を説明するためのジオメトリである。
【図4】 各レーダ画像収集装置で得られるISAR画像の例である。
【図5】 本発明の画像レーダ装置の実施の形態2を示すの処理ブロック図である。
【図6】 本発明の画像レーダ装置の実施の形態3を示すの処理ブロック図である。
【図7】 本発明の画像レーダ装置の実施の形態4を示すの処理ブロック図である。
【図8】 実施の形態4の処理を説明するための図である。
【図9】 本発明の画像レーダ装置の実施の形態5を示すの処理ブロック図である。
【図10】 実施の形態5の処理内容を説明するための図である。
【図11】 本発明の画像レーダ装置の実施の形態6を示すの処理ブロック図である。
【図12】 本発明の画像レーダ装置の実施の形態7を示すの処理ブロック図である。
【図13】 本発明の画像レーダ装置の実施の形態8を示すの処理ブロック図である。
【図14】 本発明の画像レーダ装置の実施の形態9を示すの処理ブロック図である。
【図15】 本発明の画像レーダ装置の実施の形態10を示すの処理ブロック図である。
【図16】 本発明の画像レーダ装置の実施の形態11を示すの処理ブロック図である。
【図17】 本発明の画像レーダ装置の実施の形態12を示すの処理ブロック図である。
【図18】 図17の受信専用画像収集装置を詳細に示す処理ブロック図である。
【図19】 本発明の画像レーダ装置の実施の形態13を示すの処理ブロック図である。
【図20】 本発明の画像レーダ装置の実施の形態14を示すの処理ブロック図である。
【図21】 図20の移動レーダ画像収集装置を詳細に示すの処理ブロック図である。
【図22】 実施の形態14の処理内容を説明するための図である。
【図23】 従来のレーダ装置の構成を示す図である。
【図24】 観測時の目標とレーダとの位置関係および目標の運動を示す図である。
【図25】 図23で示したレーダ画像再生手段の内部を詳細に示したものである。
【図26】 図23で示したレーダ画像表示手段の内部を詳細に示したものである。
【符号の説明】
11 レーダ画像収集装置、12 対応点判定回路、13 3次元形状復元回路、21 反射強度3次元分布構築回路、31 強度考慮対応点判定回路、41N画像対応点判定回路、51 基準点選定回路、52 基準位置推定回路、53 回転角速度ベクトル推定回路、54 回転軸位置推定回路、55 回転運動推定回路、61 回転運動履歴蓄積回路、71 投影面決定回路、72 レンジ・クロスレンジ画像生成回路、81 直線交差判定回路、82 交差情報考慮型対応点判定回路、91 交点探索回路、92 交点通過型対応点判定回路、512 目標形状データ蓄積手段、101 3次元形状照合回路、510 RCS算出手段、111 反射強度3次元分布照合回路、121 受信専用レーダ画像収集装置、131 回転運動蓄積手段、132 回転運動照合回路、501 送信機、503 送受信アンテナ、504 受信機、505 レーダ画像再生手段、14 レンジベクトル算出手段、122 バイスタレンジベクトル算出手段、132 レーダ画像履歴蓄積手段、131 移動レーダ画像収集装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an image radar apparatus that recognizes and identifies a target using a radar image, and more particularly to an image radar apparatus that can improve identification performance.
[0002]
[Prior art]
FIG. 23 is a diagram showing a configuration of a conventional radar apparatus disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 6-174838. In the figure, 501 is a transmitter, 502 is a transmission / reception switch, 503 is a transmission / reception antenna, 504 is a receiver, 505 is a radar image reproduction means, 506 is a radar image display means, 507 is a target tracking means, and 508 is a point image response estimation. Means 509, target aspect angle estimation means, 510 RCS calculation means, 511 convolution integration means, 512 target shape data storage means, and 513 an operator.
[0003]
FIG. 24 is a diagram showing the positional relationship between the target and the radar and the motion of the target during observation. In the figure, reference numeral 521 denotes a target, and 522 denotes a radar apparatus.
FIG. 25 shows details of the inside of the radar image reproducing means 505 shown in FIG. In the figure, 531 is a range compression means, 532 is a motion compensation means, 533 is a cross range compression means, and 534 is a two-dimensional storage means.
FIG. 26 shows in detail the inside of the radar image display means 506 shown in FIG. In the figure, 541 indicates a two-dimensional display buffer, and 542 indicates a monitor TV.
[0004]
Next, the operation will be described with reference to the drawings. The high frequency signal generated by the transmitter 501 is radiated from the transmission / reception antenna 503 toward the target 521 via the transmission / reception switch 502. A part of the high-frequency signal irradiated to the target 521 is reflected in the direction of the radar device 522, received by the transmission / reception antenna 503, amplified and detected by the receiver 504 via the transmission / reception switch 502, and then by the radar image reproduction means 505. The radar image is converted into a radar image indicating an RCS (Radar Cross Section) distribution of the target 521 and displayed by the radar image display means 506.
[0005]
Hereinafter, a method for reproducing an image will be described in detail.
The received signal output from the receiver 504 is input to the radar image reproduction means 505, and first, the range compression means 531 performs processing for improving the range resolution, that is, pulse compression. The received signal after the range compression is stored in the two-dimensional storage means 534 according to the range bin number m and the pulse hit number n. In order to remove a random component harmful to image reproduction from the movement of the target 521, the received signal is read from the two-dimensional storage unit 534, and the motion compensation unit 532 is set so that the Doppler frequency at the center point of the target 521 becomes zero. Thus, phase compensation and range bin rearrangement are performed, and the result is stored again in the two-dimensional storage means 534.
[0006]
Assuming that the target 521 is rotating or moving straight by yaw motion as shown in FIG. 24, different points on the target existing in the same range bin generate reflected waves having different Doppler frequencies. . Utilizing this, the cross range compression means 533 improves the cross range resolution by performing FFT (Fast Fourier Transform) for each range bin on the received signal after the phase compensation. A radar image that has a high resolution in both the range and cross range directions and represents the RCS distribution of each target point is sent to the radar image display means 506, temporarily stored in the two-dimensional display buffer 541, and then displayed on the monitor TV 542 as an image. Is displayed. A radar apparatus that obtains the shape by utilizing the Doppler effect generated by the target motion is known as ISAR (Inverse Synthetic Aperture Radar).
[0007]
The received signal obtained by the receiver 504 is also supplied to the target tracking unit 507, and the target tracking unit 507 estimates motion characteristics such as the target traveling direction, position, velocity, and acceleration. The point image response estimation means 508 calculates a point image response function corresponding to the impulse response of the radar device from this result and the specifications of the radar device. At the same time, the target aspect angle estimation means 509 estimates the target aspect angle from the positions of the target 521 and the radar device 522 and the traveling direction of the target 521. The target shape data accumulating unit 512 stores three-dimensional shape data for each target. The RCS calculation unit 510 sequentially reads the three-dimensional shape data stored in the target shape data storage unit 512, and calculates the target RCS distribution based on the estimated target aspect angle. For calculating the RCS distribution, for example, well-known methods such as GTD (Geometrical Theory of Diffraction) and PTD (Physical Theory of Diffraction) can be used. At this time, since the resolution of the target shape data does not necessarily match the resolution of the radar apparatus, the convolution integration means 511 performs the convolution integration of the RCS distribution and the point image response function to recognize and identify. Generate a dictionary image for
Since the dictionary image generated in this way is displayed on the radar image display means 506 together with the reproduced radar image, the operator 513 can view it simultaneously, even if the radar image is different from the target image by visible light that is familiar to everyday life. Can be easily recognized and identified.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
The conventional radar apparatus has a problem that the identification performance is low because the target three-dimensional shape cannot be obtained.
Further, the conventional radar apparatus has a problem that the identification performance is low because the target three-dimensional RCS distribution cannot be obtained.
Further, the conventional radar apparatus has a problem that the identification performance is low because the target-specific feature quantity such as the target rotational motion cannot be estimated.
Further, the conventional radar apparatus has a problem that it cannot generate a two-dimensional image having a length of two axes.
[0009]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides an image radar apparatus that can improve the identification performance and can generate a two-dimensional image having two axes as a length. For the purpose.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In the radar apparatus according to the present invention, the target is irradiated with radio waves, and the shape information of the target is obtained using the reflected wave from the target. As an ISAR radar image A plurality of radar image acquisition devices for acquiring target radar images arranged at different positions and estimating a target presence direction based on the radar position, and an output image of each radar image acquisition device Corresponding point determination circuit for determining the correspondence between each reflection point above, the corresponding point determination result that is the output of the corresponding point determination circuit, the radar image that is the output of each radar image collection device, and the presence direction of the target, respectively A three-dimensional shape restoration circuit that extracts a range of each reflection point in the image and combines the extracted range of each reflection point to restore a target three-dimensional shape.
[0011]
In the radar apparatus according to the present invention, the target is irradiated with radio waves, and the shape information of the target is obtained using the reflected wave from the target. As an ISAR radar image A plurality of radar image acquisition devices for acquiring target radar images arranged at different positions and estimating a target presence direction based on the radar position, and an output image of each radar image acquisition device Corresponding point determination circuit for determining the correspondence between each reflection point above, the determination result of the corresponding point that is the output of the corresponding point determination circuit, and each image in each image obtained from the radar image that is the output of each radar image collection device A reflection intensity three-dimensional distribution construction circuit for constructing a three-dimensional distribution of the reflection intensity on the target from the range of the reflection points and the direction in which the target exists.
[0012]
In the radar apparatus according to the present invention, the target is irradiated with radio waves, and the shape information of the target is obtained using the reflected wave from the target. As an ISAR radar image A plurality of radar image acquisition devices for acquiring target radar images arranged at different positions and estimating a target presence direction based on the radar position, and an output image of each radar image acquisition device Strength-corresponding corresponding point determination circuit for determining correspondence between each reflection point using amplitude value information of each reflection point, corresponding point determination result output from the intensity-considering corresponding point determination circuit, and each radar image A three-dimensional shape restoration circuit that restores the target three-dimensional shape from the range of each reflection point and the target existence direction in each image obtained from the radar image that is the output of the collection device;
[0013]
In the radar apparatus according to the present invention, the target is irradiated with radio waves, and the shape information of the target is obtained using the reflected wave from the target. As an ISAR radar image A plurality of radar image acquisition devices for acquiring target radar images arranged at different positions and estimating a target presence direction based on the radar position, and an output image of each radar image acquisition device An N image corresponding point determination circuit for associating each of the above reflection points for each reflection point using any three of a large number of images, and determination of a corresponding point as an output of the N image corresponding point determination circuit A three-dimensional shape restoration circuit that restores the target three-dimensional shape from the result and the range of each reflection point in each image obtained from the radar image that is the output of each radar image acquisition device and the direction in which the target exists; .
[0014]
In the radar apparatus according to the present invention, the target is irradiated with radio waves, and the shape information of the target is obtained using the reflected wave from the target. As an ISAR radar image A plurality of radar image acquisition devices for acquiring target radar images arranged at different positions and estimating a target presence direction based on the radar position, and an output image of each radar image acquisition device Obtained by a reference point selection circuit that selects a reference point that can be handled among the reflection points above, a reference position estimation circuit that estimates the spatial position of the reference point obtained by the reference point selection circuit, and a reference position estimation circuit The rotational angular velocity vector of the target based on the spatial position of the reference point, the range and Doppler frequency of the image of each reference point obtained by the radar image acquisition device, and the direction of the target based on the position of each radar image acquisition device And a rotational motion estimation circuit having a rotational axis position estimation circuit for estimating the position of the rotational axis.
[0015]
In addition, the apparatus further includes a rotational motion history storage circuit that stores rotational motion estimation results, which are output from the rotational motion estimation circuit, at each time.
[0016]
In addition, a projection plane determination circuit that estimates the scaling of the cross range axis, length, and frequency for each radar image acquisition device based on the estimation result of the rotational motion estimation circuit, and the range and the range based on the estimation result of the projection plane determination circuit It further includes a range / cross range image generation circuit that generates a radar image representing a cross range orthogonal to the range in terms of length with respect to a radar image obtained for each radar image acquisition device.
[0017]
In addition, for each reflection point on each range cross range image generation circuit, the range of each reflection point is limited to a straight line that passes through the reflection point on the range cross range image and is orthogonal to the plane. A straight line intersection determination circuit that determines whether or not the axes appearing in each range image intersect with each other, and the axes related to points on each surface intersect at one point on the entire surface based on the intersection information obtained by the straight line intersection determination circuit An intersection information-considered corresponding point determination circuit that determines a corresponding point based on the information, and a three-dimensional shape construction circuit that constructs a target three-dimensional shape based on information from the intersection information-considered correspondence point determination circuit Is further provided.
[0018]
In addition, for each reflection point on each range cross range image generation circuit, the range of each reflection point is limited to a straight line that passes through the reflection point on the range cross range image and is orthogonal to the plane. A straight line intersection determination circuit that determines whether or not the axes appearing for each range image intersect, an intersection search circuit that determines the three-dimensional coordinates of the intersection point for a set of points determined to intersect, and another range cross For a range image, determine an axis for each reflection point, check if the axis passes through the intersection, and if it passes, correspond to that point and a set of points on each image for the intersection, If not, it further includes an intersection passing type corresponding point determination circuit that determines that it does not correspond, and a three-dimensional shape construction circuit that constructs a target three-dimensional shape based on information of the intersection passing type corresponding point determination circuit. Yes.
[0019]
Further, the target shape data storage means for storing the candidate target shape data, the three-dimensional shape of the observation target restored by the three-dimensional shape restoration circuit, and the candidate target shape data stored in the target shape data storage means are collated. And a three-dimensional shape matching circuit that outputs similar candidate targets.
[0020]
Also, target shape data storage means for storing candidate target shape data, and electromagnetic field theory is applied to the three-dimensional shape data of each candidate target stored in the target shape data to calculate a three-dimensional distribution of the reflection intensity. The RCS calculation means to be similar to the three-dimensional distribution of the reflection intensity of the observation target constructed by the reflection intensity three-dimensional distribution construction circuit and the three-dimensional distribution of the reflection intensity of each candidate target obtained by the RCS calculation means are similar. And a reflection intensity three-dimensional distribution matching circuit for selecting candidate targets.
[0021]
In the radar apparatus according to the present invention, the target is irradiated with radio waves, and the shape information of the target is obtained using the reflected wave from the target. As an ISAR radar image Radar image collection for obtaining an image radar device that is placed at different positions, transmitting and receiving radio waves to and from the target, collecting the radar image of the target, and estimating the direction of presence of the target based on the radar position Apparatus, a reception-only radar image acquisition apparatus that obtains a target radar image and a range vector related to the radar image using a signal reflected from a target irradiated from a predetermined radar image acquisition apparatus, and a radar image acquisition apparatus or a reception-only radar Corresponding point determination circuit for determining the correspondence between each reflection point on the output image obtained from the image acquisition device, the determination result of the corresponding point that is the output of the corresponding point determination circuit, and each radar image acquisition device or reception-only radar image A three-dimensional shape restoration circuit that restores the target three-dimensional shape from the radar image that is the output of the collection device and the direction in which the target exists.
[0022]
Further, the rotary motion storage means for storing the rotational motion information for each candidate target, the rotational motion history of the observation target for each time stored in the rotary motion history storage circuit, and each candidate target stored in the rotary motion storage means And a rotary motion verification circuit for verifying the rotational motion information for each and outputting candidate targets having similar rotational motion.
[0023]
The radar image acquisition device also transmits and receives a part of the high-frequency pulse reflected and scattered by the target, a transmitter that generates a high-frequency pulse to irradiate the target, a transmission and reception antenna that transmits and receives the high-frequency pulse generated by the transmitter. A receiver that receives and detects via an antenna, a radar image reproducing means that generates a radar image to be observed based on a received signal obtained by the receiver, and a position of the radar image collecting device from the arrival direction of the received signal Range vector calculating means for obtaining the reference target direction as a unit vector.
[0024]
In addition, the radar image collection device receives and detects a part of the high-frequency pulse reflected and scattered by the target via the transmission / reception antenna, and the radar image to be observed based on the received signal obtained by the receiver. Image generating means, and a Bister range vector calculating means for estimating a unit vector in the range direction from the direction of arrival of the received signal and the irradiation direction of the radar image collecting apparatus that has transmitted to obtain the received signal And have.
[0025]
In the radar apparatus according to the present invention, a transmitter that generates a high-frequency pulse to be irradiated to a target, a transmission / reception antenna that transmits and receives the high-frequency pulse generated by the transmitter, a part of the high-frequency pulse reflected and scattered by the target Receiver image that is received and detected via the transmitting / receiving antenna, and the radar image to be observed based on the received signal obtained by the receiver As an ISAR radar image A radar image reproducing means for generating, a range vector calculating means for obtaining the presence direction of the target as a unit vector from the arrival direction of the received signal, and a radar image which is an output of the radar image reproducing means changing every moment according to the relative motion of the radar and the target. A radar image history accumulating unit for accumulating, and a mobile radar image collecting device having a range vector history accumulating unit for accumulating a calculation result of a range vector which is an output of a range vector calculating unit which changes every moment according to the relative motion of the radar and the target; , Corresponding point determination circuit for determining corresponding points from radar images at each time as output of mobile radar image acquisition device, corresponding point determination result of corresponding point determination circuit, and history of range vector as output of mobile radar image acquisition device And a three-dimensional shape restoration circuit for restoring the target three-dimensional shape from the history of the radar image. That.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a processing block diagram showing Embodiment 1 of the image radar apparatus of the present invention. In the figure, 11 is a radar image collection device, 12 is a corresponding point determination circuit, and 13 is a three-dimensional shape restoration circuit.
[0027]
FIG. 2 is a processing block diagram showing in detail the radar image collection device 11 of FIG. In the figure, 501 is a transmitter, 502 is a transmission / reception switch, 503 is a transmission / reception antenna, 504 is a receiver, 505 is a radar image reproduction means, and 14 is a range vector calculation means.
[0028]
FIG. 3 is a geometry for explaining the processing of the present embodiment.
FIG. 4 is an example of an ISAR image obtained by each radar image collection device.
[0029]
Next, the processing content of this Embodiment is demonstrated using FIGS.
First, the processing contents of the radar image collection device 11 will be described. In the radar image collection device 11, the high-frequency signal generated by the transmitter 501 is radiated from the transmission / reception antenna 503 toward the target via the transmission / reception switch 502, and a part of the high-frequency signal irradiated to the target is the radar image collection device 11. The process of reflecting in the direction, receiving this by the transmitting / receiving antenna 503, amplifying / detecting by the receiver 504 via the transmission / reception switch 502, and then converting to a radar image indicating the target RCS by the radar image reproducing means 505 is conventional. It is the same.
[0030]
Further, the range vector calculation means 14 obtains a unit vector in the target direction viewed from the radar image collection device 11 based on the arrival direction of the reflected wave. This unit vector is hereinafter referred to as a range vector.
[0031]
In the present embodiment, as shown in FIG. 3, three radar image collection devices 11 are arranged at different positions. These are called radar # 1, radar # 2, and radar # 3 for convenience. An ISAR image obtained with each radar #n (n = 1, 2, 3) is represented as image #n (n = 1, 2, 3), and a range vector is represented as ssn (n = 1, 2, 3). In each image #n, an observed target image is obtained as shown in FIG. Note that different orientation images are obtained for the same target due to differences in observation direction.
[0032]
The corresponding point determination circuit 12 compares each reflection point on each image, and associates each image. For example, in the example of FIG. 4, it is assumed that the nose, the tip of the wing, the tip of the vertical tail, and the like are associated between the images.
[0033]
Here, the number of reflection points that can be handled is J + 1. One of these points is used as a reference point (the nose P0 in the example of FIG. 4), and the difference in range between this point and each reflection point Pj (j = 1, 2,..., J) in image # n is represented by snj ( n = 1, 2, 3; j = 1, 2,..., j).
[0034]
When the position vector of each reflection point Pj with reference to the point P0 is rrj, the equation (1) is established.
[0035]
[Expression 1]
Figure 0003866048
[0036]
T represents a vector transposition operation.
When this is summarized for each point Pj, the following equation is obtained.
[0037]
[Expression 2]
Figure 0003866048
[0038]
However, ssnx, ssny, and ssnz (n = 1, 2, 3) represent the first element, the second element, and the third element of the vector ssn. When the equation (2) is transformed, the following equation is obtained.
[0039]
[Equation 3]
Figure 0003866048
[0040]
The three-dimensional shape restoration circuit 13 calculates a three-dimensional position vector of the point Pj based on the equation (3), and arranges the point at that position.
By performing the same process for each point, the three-dimensional shape of the observation target can be obtained as a point distribution.
[0041]
In the image radar apparatus having such a configuration, since the target three-dimensional shape can be known, the identification performance is improved.
[0042]
Embodiment 2. FIG.
FIG. 5 is a processing block diagram showing Embodiment 2 of the image radar apparatus of the present invention. In the figure, 21 is a reflection intensity three-dimensional distribution construction circuit.
[0043]
Next, the processing content of this Embodiment is demonstrated using FIG.
In the present embodiment, the reflection intensity is given to the position of each reflection point, which is the output of the three-dimensional shape restoration circuit 13 in the first embodiment, from the ISAR image obtained by each radar image collection device 11.
[0044]
That is, in the reflection intensity three-dimensional distribution construction circuit 21, for each ISAR image image # 1, image # 2, image # 3 obtained by each radar image collection device 11, each obtained by the three-dimensional shape restoration circuit 13 is obtained. The reflection intensity of the reflection point Pj is assigned to the three-dimensional coordinates of the reflection point. The three-dimensional reflection intensity distribution obtained in this way corresponds to the reflection intensity distribution on the target when the target is observed from the direction of each radar image collection device 11.
[0045]
In the image radar apparatus having such a configuration, since the target three-dimensional shape can be known, the identification performance is improved.
In addition, since the target three-dimensional reflection intensity distribution can be known, the identification performance is improved.
[0046]
Embodiment 3 FIG.
FIG. 6 is a processing block diagram showing Embodiment 3 of the image radar apparatus of the present invention. In the figure, 31 is a strength consideration corresponding point determination circuit.
[0047]
Next, the processing content of this Embodiment is demonstrated using FIG.
In the present embodiment, the reflection points between the image #n are associated with each other using the reflection intensity distribution obtained by the radar image collection device 11.
[0048]
The intensity-considered corresponding point determination circuit 31 associates reflection points based on information on the intensity of reflection points in each image. For example, when the target directions viewed from the radar image acquisition device 11 are similar, the reflection intensity at the same reflection point takes a close value.
[0049]
In the image radar apparatus having such a configuration, since the target three-dimensional shape can be known, the identification performance is improved.
In addition, since the target three-dimensional reflection intensity distribution can be known, the identification performance is improved.
Furthermore, since the three-dimensional shape is constructed using the reflection intensity, the construction accuracy of the three-dimensional shape is improved.
[0050]
Embodiment 4 FIG.
FIG. 7 is a processing block diagram showing Embodiment 4 of the image radar apparatus of the present invention. In the figure, reference numeral 41 denotes an N image corresponding point determination circuit. FIG. 8 is a diagram for explaining the processing of the present embodiment.
[0051]
Next, processing contents of the present embodiment will be described with reference to FIGS.
In the first embodiment, the three-dimensional shape of the observation target is restored using the ISAR images image # 1, image # 2, and image # 3 obtained by the three radar image collection devices 11 arranged at different positions.
[0052]
However, when this is done, it is necessary for the reflection point to correspond to the three images. However, depending on the position of the reflection point, reflection characteristics, etc., there is a possibility that it will not be detected in any image. Therefore, three or more N radar image collection devices 11 are prepared to obtain ISAR images image # 1 to image # N.
[0053]
The N image corresponding point determination circuit 41 selects, for each reflection point, three images from which these reflection points can be confirmed for each reflection point. On the other hand, the three-dimensional shape restoration circuit 13 obtains a three-dimensional position vector by applying Expression (3) as in the first embodiment.
[0054]
In the image radar apparatus having such a configuration, since the target three-dimensional shape can be known, the identification performance is improved.
In addition, since a three-dimensional shape is constructed using a large number of images, for example, when three images cannot be seen with an image having a reflection point, the range vectors of the three radar image collection devices are not linearly independent. It is possible to deal with cases where there is no such thing.
[0055]
Embodiment 5 FIG.
FIG. 9 is a processing block diagram showing Embodiment 5 of the image radar apparatus of the present invention. In the figure, 51 is a reference point selection circuit, 52 is a reference position estimation circuit, 53 is a rotation angular velocity vector estimation circuit, 54 is a rotation axis position estimation circuit, and 55 is a rotation motion estimation circuit. FIG. 10 is a diagram for explaining the processing contents of the present embodiment.
[0056]
Next, processing contents of the present embodiment will be described with reference to FIGS.
Radar images image # 1, image # 2, and image # 3 are obtained by the three radar image collection devices 11.
The reference point selection circuit 51 selects four points P0 to P3 on the target.
[0057]
The reference position estimation circuit 52 obtains a distance snm (n = 1, 2, 3; m = 1, 2, 3) of each reflection point Pm with reference to the reflection point P0 on each image # n. Furthermore, using the range vector ssn of each radar image collection device 11, a three-dimensional position vector based on P0 is obtained by Equation (3).
[0058]
The rotation angular velocity vector estimation circuit 53 obtains the Doppler frequency fnm of each reflection point Pm with reference to P0 in image # n, and obtains the relative velocity vnm of each reflection point Pm with reference to P0 by the following equation.
[0059]
[Expression 4]
Figure 0003866048
[0060]
Where λ is the transmission wavelength. The relationship between vnm, ssn, rrm, and rotational angular velocity vector LL is as follows.
[0061]
[Equation 5]
Figure 0003866048
[0062]
However, when AA and BB are vectors, (AA · BB) represents an inner product operation of AA and BB, and (AA × BB) represents an outer product operation of AA and BB.
Here, there are nine types of vectors rrm × ssn when n and m are changed. From these, three types of primary independent vectors are selected, which are set as ggk (k = 1, 2, 3), and the relative velocity corresponding to the vector is set as vk, the following equation is established.
[0063]
[Formula 6]
Figure 0003866048
[0064]
However, ggkx, ggky, ggkz (k = 1, 2, 3) are the first, second and third elements of the vector ggk. Therefore, LL is given by the following equation.
[0065]
[Expression 7]
Figure 0003866048
[0066]
That is, an angular velocity vector representing the target rotational motion is determined.
[0067]
In the image radar apparatus having such a configuration, an angular velocity vector representing a target rotational motion can be obtained, and thus identification using this value can be performed.
[0068]
In the present embodiment, the number of radar image collection devices is three. Needless to say, the number of radar image collection devices is three or more.
[0069]
Embodiment 6 FIG.
FIG. 11 is a processing block diagram showing Embodiment 6 of the image radar apparatus of the present invention. In the figure, reference numeral 61 denotes a rotational movement history accumulation circuit.
[0070]
Next, the processing content of this Embodiment is demonstrated using FIG.
The process of estimating the rotational angular velocity vector LL by the rotational motion estimation circuit 55 using the three ISAR images obtained by the radar image acquisition device 11 is the same as that of the fifth embodiment. In the present embodiment, this rotational angular velocity vector is stored in the rotational motion history storage circuit 61.
[0071]
In the image radar apparatus having such a configuration, the temporal change of the angular velocity vector representing the target rotational motion can be obtained, so that motion information such as the pitch motion cycle can be obtained.
[0072]
Embodiment 7 FIG.
FIG. 12 is a processing block diagram showing Embodiment 7 of the image radar apparatus of the present invention. In the figure, 71 is a projection plane determination circuit, and 72 is a range / cross-range image generation circuit.
[0073]
Next, processing contents of the present embodiment will be described with reference to FIG.
In the present embodiment, using the angular velocity vector LL obtained by the rotational motion estimation circuit 55 of the fifth embodiment, the projection plane determination circuit 71 first determines the projection plane of the target shape for each radar image collection device 11. . Assuming that the position vector with reference to P0 of the reflection point Pm on the target is rrm, the range with reference to P0 on the ISAR image, and the Doppler frequencies are snm and fnm, the following equations are given between these variables: To establish.
[0074]
[Equation 8]
Figure 0003866048
[0075]
[Equation 9]
Figure 0003866048
[0076]
Here, a vector ccn that satisfies the following equation is introduced.
[0077]
[Expression 10]
Figure 0003866048
[0078]
This ccn is a unit vector in the same direction as the vector ssn × LL, and is hereinafter referred to as a cross range vector.
From Expressions (8) and (10), the plane defined by ssn and ccn in the space is the projection plane for projecting the target shape. The following equation is established from the relationship of equations (9) and (10).
[0079]
[Expression 11]
Figure 0003866048
[0080]
Here, since the right side is the inner product of the position vector rrm and ccn of the reflection point Pm, the left side represents the projection component of rrm in the ccn direction. Based on this, the range / cross-range image generation circuit 72 multiplies the collected ISAR image image # n (n = 1, 2, 3) by −λ / (2 || ssn × LL ||) times in the frequency direction. To do.
[0081]
As a result, a range cross-range image having distance axes in both the ssn and ccn directions is obtained. The length in the cross range direction at this time is cnm.
[0082]
In the image radar apparatus having such a configuration, a target image can be obtained with respect to the target for each radar image collecting apparatus and the length in the cross range direction orthogonal to the range. Identification performance can be improved.
[0083]
Embodiment 8 FIG.
FIG. 13 is a processing block diagram showing Embodiment 8 of the image radar apparatus of the present invention. In the figure, 81 is a straight line intersection determination circuit, and 82 is an intersection information consideration type corresponding point determination circuit.
[0084]
Next, processing contents of the present embodiment will be described with reference to FIG.
In the present embodiment, the range vector ssn (n = 1, 2, 3) for determining the projection plane for each radar image acquisition device 11 and the cross range vector ccn ( n = 1, 2, 3) and the coordinates snp, cnp of the reflection points on each image # n are used to associate the reflection points on the three images, and then a three-dimensional shape is constructed.
[0085]
In the straight line intersection determination circuit 81, first, a normal vector ttn of the projection plane for each radar image collection device 11 is obtained by the following equation.
[0086]
[Expression 12]
Figure 0003866048
[0087]
If the position vector when the reflection point P is projected on each projection plane n is uupn, upn is given by the following equation.
[0088]
[Formula 13]
Figure 0003866048
[0089]
The reflection point P passes through upn and exists on the axis in the ttn direction.
Now, when the same points are observed on the surfaces na and nb, the above axes intersect at a certain point. Therefore, it is determined whether or not the above-mentioned axes intersect, and if they intersect, it is determined as a combination candidate of the same reflection point. The following formula is used to determine whether the axes intersect.
[0090]
[Expression 14]
Figure 0003866048
[0091]
When a in the above equation is 0, the two axes intersect. Otherwise, the two shafts are in a twisted position.
[0092]
The straight line intersection determination circuit 81 determines intersection between axes passing through reflection points on each surface based on the above information.
[0093]
Based on the information from the straight line intersection determination circuit 81, the intersection information consideration type corresponding point determination circuit 82 determines a combination of points on each surface through which the same axis passes the same point.
The three-dimensional shape restoration circuit 13 restores the three-dimensional shape by the same method as in the first embodiment based on the combination information obtained by the intersection information consideration type corresponding point determination circuit 82.
[0094]
In the image radar apparatus having such a configuration, the three-dimensional shape is constructed using the axis intersection information regarding the target, so that the accuracy of the three-dimensional shape construction is improved and the identification performance is improved.
[0095]
Embodiment 9 FIG.
FIG. 14 is a processing block diagram showing Embodiment 9 of the image radar apparatus of the present invention. In the figure, 91 is an intersection search circuit, and 92 is an intersection passing type corresponding point determination circuit.
[0096]
Next, the processing content of this Embodiment is demonstrated using FIG.
In the same process as in the eighth embodiment, it is determined whether or not the reflection points on the images of image #na and image #nb of image # 1 to image # 3 intersect.
[0097]
If the position vectors on the image of the reflection points on image # na and image # nb determined to intersect are rrnap and rrnbp, the position vector rrr of the intersection is given by the following equation.
[0098]
[Expression 15]
Figure 0003866048
[0099]
Here, α and β are unknowns. Now, ttna and ttnb are both three-dimensional vectors, but a two-dimensional vector can be generated by appropriately selecting two of these elements (for example, the first element and the second element). Two-dimensional vectors are generated by selecting the same two elements at ttna and ttnb. This is defined as (txa, tya), (txb, tyb). However, primary independent sets are selected as these two-dimensional vectors. In addition, the two-dimensional vectors generated from rrnap and rrnbp with respect to the same element are assumed to be (rxa, rya) and (rxb, ryb), respectively. Note that these two-dimensional vectors are all considered column vectors.
α and β are determined by the following equations.
[0100]
[Expression 16]
Figure 0003866048
[0101]
Therefore, rrr in equation (15) is determined.
The intersection search circuit 91 performs the above processing.
[0102]
When the point rrncp corresponding to the reflection point of the position vector rrr exists on the remaining one image # nc of image # 1 to image # 3, the following equation is established.
[0103]
[Expression 17]
Figure 0003866048
[0104]
Here, γ is an appropriate constant. Therefore, when Equation (17) is applied to each intersection obtained between each reflection point on image # na and image # nb and each reflection point on image # nc, and there is a set satisfying this, Thus, it can be determined that the reflection point on each image related to the intersection point is associated with the reflection point on image # nc.
[0105]
The intersection passing type corresponding point determination circuit 92 determines the correspondence between the reflection points based on the above-described properties. The three-dimensional shape restoration circuit 13 restores the three-dimensional shape based on this result.
[0106]
In the image radar apparatus having such a configuration, since the three-dimensional shape is constructed using the axis intersection information, the accuracy of the three-dimensional shape construction is improved and the identification performance is improved.
[0107]
Embodiment 10 FIG.
FIG. 15 is a processing block diagram showing Embodiment 10 of the image radar apparatus of the present invention. In the figure, reference numeral 101 denotes a three-dimensional shape matching circuit.
[0108]
Next, processing contents of the present embodiment will be described with reference to FIG.
The process of constructing the three-dimensional shape of the observation target by the process up to the three-dimensional shape restoration circuit 13 is the same as that of the first embodiment. In the three-dimensional shape matching circuit 101, the three-dimensional shape of each candidate target stored in the target shape data storage unit 512 and the three-dimensional shape of the observation target constructed by the three-dimensional shape restoration circuit 13 are checked. The candidate target determined to be the best match as a result of collation is output as the observation target identification result.
[0109]
In the image radar apparatus having such a configuration, since the type of observation target can be identified using a three-dimensional shape, the identification performance is improved.
[0110]
Embodiment 11 FIG.
FIG. 16 is a processing block diagram showing Embodiment 11 of the image radar apparatus of the present invention. In the figure, reference numeral 111 denotes a reflection intensity three-dimensional distribution matching circuit.
[0111]
Next, the processing content of this Embodiment is demonstrated using FIG.
The process of obtaining the three-dimensional distribution of reflection intensity of the observation target by the process up to the reflection intensity three-dimensional distribution construction circuit 21 is the same as in the second embodiment.
In the reflection intensity three-dimensional distribution matching circuit 111, the candidate target obtained by applying the RCS calculation means 510 to the three-dimensional shape of each candidate target accumulated in the reflection intensity three-dimensional distribution of the observation target and the target shape data accumulation means 512. The three-dimensional distribution of the reflection intensity is collated to identify the type.
[0112]
In the image radar apparatus having such a configuration, the type of observation target can be identified using a three-dimensional reflection intensity distribution, so that the identification performance is improved.
[0113]
Embodiment 12 FIG.
FIG. 17 is a processing block diagram showing Embodiment 12 of the image radar apparatus of the present invention. In the figure, reference numeral 121 denotes a reception-only image collection device. FIG. 18 is a processing block diagram showing in detail the reception-only image collection device 121 of FIG. In the figure, 122 is a Bister range vector calculation means.
[0114]
Next, processing contents of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 17 and 18.
In the present embodiment, a target three-dimensional shape is constructed using radar images obtained by one radar image collection device 11 and two reception-only radar image collection devices 121. In the reception-only radar image collection device 121, the radio wave irradiated from the radar image collection device 11 and scattered by the target is received by the receiver 504 via the reception antenna 503, and the radar image reproduction means 505 reproduces the radar image. .
[0115]
The bistar range vector calculation means 122 calculates a range vector in the bistatic configuration from the arrival direction of the reflected wave and the irradiation direction from the radar image collection device 11 to the target.
Hereinafter, the processing in the corresponding point determination circuit 12 and the three-dimensional shape restoration circuit 13 is the same as that in the first embodiment.
[0116]
In the present embodiment, the same effect as in the first embodiment can be realized with a simpler configuration.
[0117]
Embodiment 13 FIG.
FIG. 19 is a processing block diagram showing Embodiment 13 of the image radar apparatus of the present invention. In the figure, 131 is a rotational motion accumulating means, and 132 is a rotational motion collating circuit.
[0118]
Next, the processing content of this Embodiment is demonstrated using FIG.
In the present embodiment, the target rotational motion history accumulated in the rotational motion history accumulation circuit 61 by the same processing as in the sixth embodiment is used as the candidate target rotational motion history (preliminarily accumulated in the rotational motion accumulation means 131 ( For example, a candidate target whose rotational motion is similar to that of a yaw, roll, pitch motion or the like is determined as a target identification result.
[0119]
In the image radar apparatus having such a configuration, identification performance is improved because identification is performed using motion information unique to each target.
[0120]
Embodiment 14 FIG.
FIG. 20 is a processing block diagram showing Embodiment 14 of the image radar apparatus of the present invention. In the figure, 131 is a mobile radar image collection device. FIG. 21 is a processing block diagram showing in detail the mobile radar image collection device 131 of FIG. In the figure, 132 is a radar image history storage means, and 133 is a range vector history storage means. FIG. 22 is a diagram for explaining the processing contents of the present embodiment.
[0121]
Next, processing contents of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 20, 21, and 22.
In the present embodiment, it is assumed that the mobile radar image collection device observes a target while moving the place as time advances as t = t1, t2, t3.
[0122]
In the mobile radar image collection device 131, the processing up to the radar image reproduction means 505 and the range vector calculation means 14 is the same as that of the radar image collection device 11 shown in the first embodiment. In the mobile radar image collection device 131, a radar image history accumulating unit 132 is disposed after the radar image reproducing unit, and the radar image radar # n at each time tn is accumulated. Further, a range vector history accumulating unit 133 is arranged at the subsequent stage of the range vector calculating unit 14, and the range vector ssn at each time tn is accumulated. Thereafter, the corresponding point determination circuit 12 determines the correspondence between the images, and the three-dimensional shape restoration circuit 13 restores the three-dimensional shape in the same manner as in the first embodiment.
[0123]
In other words, this embodiment has an advantage that the same effect as that of the first embodiment can be obtained with a small number of radar image collection devices.
[0124]
【The invention's effect】
In the radar apparatus according to the present invention, the target is irradiated with radio waves, and the shape information of the target is obtained using the reflected wave from the target. As an ISAR radar image A plurality of radar image acquisition devices for acquiring target radar images arranged at different positions and estimating a target presence direction based on the radar position, and an output image of each radar image acquisition device Corresponding point determination circuit for determining the correspondence between each reflection point above, the corresponding point determination result that is the output of the corresponding point determination circuit, the radar image that is the output of each radar image collection device, and the presence direction of the target, respectively A three-dimensional shape restoration circuit that extracts a range of each reflection point in the image and combines the extracted range of each reflection point to restore a target three-dimensional shape. Therefore, the target three-dimensional shape can be known, and the identification performance can be improved.
[0125]
In the radar apparatus according to the present invention, the target is irradiated with radio waves, and the shape information of the target is obtained using the reflected wave from the target. As an ISAR radar image A plurality of radar image acquisition devices for acquiring target radar images arranged at different positions and estimating a target presence direction based on the radar position, and an output image of each radar image acquisition device Corresponding point determination circuit for determining the correspondence between each reflection point above, the determination result of the corresponding point that is the output of the corresponding point determination circuit, and each image in each image obtained from the radar image that is the output of each radar image collection device A reflection intensity three-dimensional distribution construction circuit for constructing a three-dimensional distribution of the reflection intensity on the target from the range of the reflection points and the direction in which the target exists. For this reason, the target three-dimensional shape can be known, the identification performance can be improved, and the target three-dimensional reflection intensity distribution can be known, so that the identification performance is further improved.
[0126]
In the radar apparatus according to the present invention, the target is irradiated with radio waves, and the shape information of the target is obtained using the reflected wave from the target. As an ISAR radar image A plurality of radar image acquisition devices for acquiring target radar images arranged at different positions and estimating a target presence direction based on the radar position, and an output image of each radar image acquisition device Strength-corresponding corresponding point determination circuit for determining correspondence between each reflection point using amplitude value information of each reflection point, corresponding point determination result output from the intensity-considering corresponding point determination circuit, and each radar image A three-dimensional shape restoration circuit that restores the target three-dimensional shape from the range of each reflection point and the target existence direction in each image obtained from the radar image that is the output of the collection device; Therefore, the target three-dimensional shape can be known, the identification performance can be improved, and the target three-dimensional reflection intensity distribution can be known, so that the identification performance is improved. Furthermore, since the three-dimensional shape is constructed using the reflection intensity, the construction accuracy of the three-dimensional shape is improved.
[0127]
In the radar apparatus according to the present invention, the target is irradiated with radio waves, and the shape information of the target is obtained using the reflected wave from the target. As an ISAR radar image A plurality of radar image acquisition devices for acquiring target radar images arranged at different positions and estimating a target presence direction based on the radar position, and an output image of each radar image acquisition device An N image corresponding point determination circuit for associating each of the above reflection points for each reflection point using any three of a large number of images, and determination of a corresponding point as an output of the N image corresponding point determination circuit A three-dimensional shape restoration circuit that restores the target three-dimensional shape from the result and the range of each reflection point in each image obtained from the radar image that is the output of each radar image acquisition device and the direction in which the target exists; . Therefore, since the target three-dimensional shape can be known, the identification performance is improved, and a three-dimensional shape is constructed using a large number of images. When it is not visible, the three radar image acquisition devices can cope with the case where the range vectors are not linearly independent.
[0128]
In the radar apparatus according to the present invention, the target is irradiated with radio waves, and the shape information of the target is obtained using the reflected wave from the target. As an ISAR radar image A plurality of radar image acquisition devices for acquiring target radar images arranged at different positions and estimating a target presence direction based on the radar position, and an output image of each radar image acquisition device Obtained by a reference point selection circuit that selects a reference point that can be handled among the reflection points above, a reference position estimation circuit that estimates the spatial position of the reference point obtained by the reference point selection circuit, and a reference position estimation circuit The rotational angular velocity vector of the target based on the spatial position of the reference point, the range and Doppler frequency of the image of each reference point obtained by the radar image acquisition device, and the direction of the target based on the position of each radar image acquisition device And a rotational motion estimation circuit having a rotational axis position estimation circuit for estimating the position of the rotational axis. Therefore, since an angular velocity vector representing the target rotational motion can be obtained, discrimination using this value can be performed, and the discrimination performance is further improved.
[0129]
In addition, the apparatus further includes a rotational motion history storage circuit that stores rotational motion estimation results, which are output from the rotational motion estimation circuit, at each time. Thereby, since the time change of the angular velocity vector showing the target rotational motion can be obtained, motion information such as the pitch motion cycle can be obtained.
[0130]
In addition, a projection plane determination circuit that estimates the scaling of the cross range axis, length, and frequency for each radar image acquisition device based on the estimation result of the rotational motion estimation circuit, and the range and the range based on the estimation result of the projection plane determination circuit It further includes a range / cross range image generation circuit that generates a radar image representing a cross range orthogonal to the range in terms of length with respect to a radar image obtained for each radar image acquisition device. Therefore, a target image can be obtained with respect to the target for each radar image acquisition device and the length in the cross range direction orthogonal thereto as an axis, and this can be used to improve target identification performance.
[0131]
In addition, for each reflection point on each range cross range image generation circuit, the range of each reflection point is limited to a straight line that passes through the reflection point on the range cross range image and is orthogonal to the plane. A straight line intersection determination circuit that determines whether or not the axes appearing in each range image intersect with each other, and the axes related to points on each surface intersect at one point on the entire surface based on the intersection information obtained by the straight line intersection determination circuit An intersection information-considered corresponding point determination circuit that determines a corresponding point based on the information, and a three-dimensional shape construction circuit that constructs a target three-dimensional shape based on information from the intersection information-considered correspondence point determination circuit Is further provided. Therefore, regarding the target, since the three-dimensional shape is constructed using the axis intersection information, the accuracy of the three-dimensional shape construction is improved and the identification performance is improved.
[0132]
In addition, for each reflection point on each range cross range image generation circuit, the range of each reflection point is limited to a straight line that passes through the reflection point on the range cross range image and is orthogonal to the plane. A straight line intersection determination circuit that determines whether or not the axes appearing for each range image intersect, an intersection search circuit that determines the three-dimensional coordinates of the intersection point for a set of points determined to intersect, and another range cross For a range image, determine an axis for each reflection point, check if the axis passes through the intersection, and if it passes, correspond to that point and a set of points on each image for the intersection, If not, it further includes an intersection passing type corresponding point determination circuit that determines that it does not correspond, and a three-dimensional shape construction circuit that constructs a target three-dimensional shape based on information of the intersection passing type corresponding point determination circuit. Yes. Therefore, regarding the target, since the three-dimensional shape is constructed using the axis intersection information, the accuracy of the three-dimensional shape construction is improved and the identification performance is improved.
[0133]
Further, the target shape data storage means for storing the candidate target shape data, the three-dimensional shape of the observation target restored by the three-dimensional shape restoration circuit, and the candidate target shape data stored in the target shape data storage means are collated. And a three-dimensional shape matching circuit that outputs similar candidate targets. Therefore, the type of observation target can be identified using the three-dimensional shape, and the identification performance is improved.
[0134]
Also, target shape data storage means for storing candidate target shape data, and electromagnetic field theory is applied to the three-dimensional shape data of each candidate target stored in the target shape data to calculate a three-dimensional distribution of the reflection intensity. The RCS calculation means to be similar to the three-dimensional distribution of the reflection intensity of the observation target constructed by the reflection intensity three-dimensional distribution construction circuit and the three-dimensional distribution of the reflection intensity of each candidate target obtained by the RCS calculation means are similar. And a reflection intensity three-dimensional distribution matching circuit for selecting candidate targets. Therefore, the type of observation target can be identified using the three-dimensional reflection intensity distribution, and the identification performance is improved.
[0135]
In the radar apparatus according to the present invention, the target is irradiated with radio waves, and the shape information of the target is obtained using the reflected wave from the target. As an ISAR radar image Radar image collection for obtaining an image radar device that is placed at different positions, transmitting and receiving radio waves to and from the target, collecting the radar image of the target, and estimating the direction of presence of the target based on the radar position Apparatus, a reception-only radar image acquisition apparatus that obtains a target radar image and a range vector related to the radar image using a signal reflected from a target irradiated from a predetermined radar image acquisition apparatus, and a radar image acquisition apparatus or a reception-only radar Corresponding point determination circuit for determining the correspondence between each reflection point on the output image obtained from the image acquisition device, the determination result of the corresponding point that is the output of the corresponding point determination circuit, and each radar image acquisition device or reception-only radar image A three-dimensional shape restoration circuit that restores the target three-dimensional shape from the radar image that is the output of the collection device and the direction in which the target exists. Therefore, the radar apparatus can be realized with a simpler configuration, and the cost can be reduced.
[0136]
Further, the rotary motion storage means for storing the rotational motion information for each candidate target, the rotational motion history of the observation target for each time stored in the rotary motion history storage circuit, and each candidate target stored in the rotary motion storage means And a rotary motion verification circuit for verifying the rotational motion information for each and outputting candidate targets having similar rotational motion. In such a configuration, the identification performance is improved because the identification is performed using the unique motion information for each target.
[0137]
The radar image acquisition device also transmits and receives a part of the high-frequency pulse reflected and scattered by the target, a transmitter that generates a high-frequency pulse to irradiate the target, a transmission and reception antenna that transmits and receives the high-frequency pulse generated by the transmitter. A receiver that receives and detects via an antenna, a radar image reproducing means that generates a radar image to be observed based on a received signal obtained by the receiver, and a position of the radar image collecting device from the arrival direction of the received signal Range vector calculating means for obtaining the reference target direction as a unit vector. Therefore, a unit vector in the target direction viewed from the radar image acquisition device, that is, a range vector, can be obtained based on the arrival direction of the reflected wave.
[0138]
In addition, the radar image collection device receives and detects a part of the high-frequency pulse reflected and scattered by the target via the transmission / reception antenna, and the radar image to be observed based on the received signal obtained by the receiver. Image generating means, and a Bister range vector calculating means for estimating a unit vector in the range direction from the direction of arrival of the received signal and the irradiation direction of the radar image collecting apparatus that has transmitted to obtain the received signal And have. Therefore, the range vector in the bistatic configuration can be calculated based on the arrival direction of the reflected wave and the irradiation direction from the radar image acquisition device to the target.
[0139]
In the radar apparatus according to the present invention, a transmitter that generates a high-frequency pulse to be irradiated to a target, a transmission / reception antenna that transmits and receives the high-frequency pulse generated by the transmitter, a part of the high-frequency pulse reflected and scattered by the target Receiver image that is received and detected via the transmitting / receiving antenna, and the radar image to be observed based on the received signal obtained by the receiver As an ISAR radar image A radar image reproducing means for generating, a range vector calculating means for obtaining the presence direction of the target as a unit vector from the arrival direction of the received signal, and a radar image which is an output of the radar image reproducing means changing every moment according to the relative motion of the radar and the target. A radar image history accumulating unit for accumulating, and a mobile radar image collecting device having a range vector history accumulating unit for accumulating a calculation result of a range vector which is an output of a range vector calculating unit which changes every moment according to the relative motion of the radar and the target; , Corresponding point determination circuit for determining corresponding points from radar images at each time as output of mobile radar image acquisition device, corresponding point determination result of corresponding point determination circuit, and history of range vector as output of mobile radar image acquisition device And a three-dimensional shape restoration circuit for restoring the target three-dimensional shape from the history of the radar image. That. Therefore, there is an advantage that the same effect can be obtained with a small number of radar image collection devices.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a processing block diagram showing a first embodiment of an image radar apparatus of the present invention.
FIG. 2 is a processing block diagram showing in detail the radar image collection apparatus of FIG. 1;
FIG. 3 is a geometry for explaining the processing of the first embodiment.
FIG. 4 is an example of an ISAR image obtained by each radar image collection device.
FIG. 5 is a processing block diagram showing a second embodiment of the image radar apparatus of the present invention.
FIG. 6 is a processing block diagram showing a third embodiment of the image radar apparatus of the present invention.
FIG. 7 is a processing block diagram showing Embodiment 4 of the image radar apparatus of the present invention.
FIG. 8 is a diagram for explaining processing of the fourth embodiment.
FIG. 9 is a processing block diagram showing Embodiment 5 of an image radar apparatus of the present invention.
FIG. 10 is a diagram for explaining the processing contents of a fifth embodiment.
FIG. 11 is a processing block diagram showing Embodiment 6 of an image radar apparatus of the present invention.
FIG. 12 is a processing block diagram showing Embodiment 7 of the image radar apparatus of the present invention.
FIG. 13 is a processing block diagram showing an eighth embodiment of the image radar apparatus of the present invention.
FIG. 14 is a processing block diagram showing Embodiment 9 of an image radar apparatus of the present invention.
FIG. 15 is a processing block diagram showing Embodiment 10 of an image radar apparatus of the present invention.
FIG. 16 is a processing block diagram showing an eleventh embodiment of the image radar apparatus of the present invention.
FIG. 17 is a processing block diagram showing Embodiment 12 of an image radar apparatus of the present invention.
FIG. 18 is a processing block diagram showing in detail the reception-only image collection device of FIG. 17;
FIG. 19 is a processing block diagram showing Embodiment 13 of an image radar apparatus of the present invention.
FIG. 20 is a processing block diagram showing Embodiment 14 of an image radar apparatus of the present invention.
FIG. 21 is a processing block diagram showing in detail the mobile radar image collection device of FIG. 20;
FIG. 22 is a diagram for explaining the processing content of the fourteenth embodiment;
FIG. 23 is a diagram showing a configuration of a conventional radar apparatus.
FIG. 24 is a diagram showing the positional relationship between the target and the radar and the motion of the target during observation.
25 shows in detail the inside of the radar image reproducing means shown in FIG.
26 shows in detail the inside of the radar image display means shown in FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Radar image collection device, 12 Corresponding point determination circuit, 13 Three-dimensional shape restoration circuit, 21 Reflection intensity three-dimensional distribution construction circuit, 31 Intensity consideration corresponding point determination circuit, 41N image corresponding point determination circuit, 51 Reference point selection circuit, 52 Reference position estimation circuit, 53 Rotational angular velocity vector estimation circuit, 54 Rotational axis position estimation circuit, 55 Rotation motion estimation circuit, 61 Rotation motion history accumulation circuit, 71 Projection plane determination circuit, 72 Range / cross range image generation circuit, 81 Straight line intersection Determination circuit, 82 intersection information-considered corresponding point determination circuit, 91 intersection search circuit, 92 intersection passing type corresponding point determination circuit, 512 target shape data storage means, 101 three-dimensional shape matching circuit, 510 RCS calculation means, 111 reflection intensity 3 Dimensional distribution verification circuit, 121 Receive-only radar image acquisition device, 131 Rotation motion storage means, 132 Rotation motion verification Road, 501 transmitter, 503 transmit and receive antenna, 504 a receiver, 505 radar image reproducing means 14 range vector calculating means, 122 by static range vector calculating means, 132 radar image history storage means 131 moves the radar image acquisition device

Claims (16)

目標に電波を照射し、目標からの反射波を利用して目標の形状情報をISARレーダ画像として得る画像レーダ装置であって、
異なる位置に配置され目標のレーダ画像の収集およびレーダ位置を基準とした目標の存在方向の推定を行う複数のレーダ画像収集装置と、
上記各レーダ画像収集装置の出力画像上の各反射点間の対応を判定する対応点判定回路と、
上記対応点判定回路の出力である対応点の判定結果と各レーダ画像収集装置の出力であるレーダ画像および目標の存在方向とからそれぞれの画像における各反射点のレンジを抽出し、抽出した上記各反射点のレンジを組み合わせて目標の3次元形状を復元する3次元形状復元回路と
を備えたことを特徴とするレーダ装置。
An image radar apparatus that irradiates a target with radio waves and uses a reflected wave from the target to obtain target shape information as an ISAR radar image ,
A plurality of radar image collection devices that are arranged at different positions and collect target radar images and estimate the direction of presence of the target based on the radar position;
A corresponding point determination circuit for determining a correspondence between each reflection point on the output image of each radar image collection device;
The range of each reflection point in each image is extracted from the determination result of the corresponding point that is the output of the corresponding point determination circuit, the radar image that is the output of each radar image collection device, and the direction of the target, and each of the extracted points A radar apparatus comprising: a three-dimensional shape restoration circuit that restores a target three-dimensional shape by combining ranges of reflection points.
目標に電波を照射し、目標からの反射波を利用して目標の形状情報をISARレーダ画像として得る画像レーダ装置であって、
異なる位置に配置され目標のレーダ画像の収集およびレーダ位置を基準とした目標の存在方向の推定を行う複数のレーダ画像収集装置と、
上記各レーダ画像収集装置の出力画像上の各反射点間の対応を判定する対応点判定回路と、
上記対応点判定回路の出力である対応点の判定結果と各レーダ画像収集装置の出力であるレーダ画像から得られるそれぞれの画像における各反射点のレンジおよび目標の存在方向とから目標上の反射強度に関する3次元分布を構築する反射強度3次元分布構築回路と
を備えたことを特徴とするレーダ装置。
An image radar apparatus that irradiates a target with radio waves and uses a reflected wave from the target to obtain target shape information as an ISAR radar image ,
A plurality of radar image collection devices that are arranged at different positions and collect target radar images and estimate the direction of presence of the target based on the radar position;
A corresponding point determination circuit for determining a correspondence between each reflection point on the output image of each radar image collection device;
Reflection intensity on the target from the corresponding point determination result output from the corresponding point determination circuit and the range of each reflection point and target presence direction in each image obtained from the radar image output from each radar image acquisition device A radar apparatus comprising: a reflection intensity three-dimensional distribution construction circuit for constructing a three-dimensional distribution related to
目標に電波を照射し、目標からの反射波を利用して目標の形状情報をISARレーダ画像として得る画像レーダ装置であって、
異なる位置に配置され目標のレーダ画像の収集およびレーダ位置を基準とした目標の存在方向の推定を行う複数のレーダ画像収集装置と、
上記各レーダ画像収集装置の出力画像上の各反射点間の対応を、各反射点の振幅値情報をも用いて判定する強度考慮対応点判定回路と、
上記強度考慮対応点判定回路の出力である対応点の判定結果と各レーダ画像収集装置の出力であるレーダ画像から得られるそれぞれの画像における各反射点のレンジおよび目標の存在方向とから目標の3次元形状を復元する3次元形状復元回路と
を備えたことを特徴とするレーダ装置。
An image radar apparatus that irradiates a target with radio waves and uses a reflected wave from the target to obtain target shape information as an ISAR radar image ,
A plurality of radar image collection devices that are arranged at different positions and collect target radar images and estimate the direction of presence of the target based on the radar position;
An intensity-considered corresponding point determination circuit that determines the correspondence between each reflection point on the output image of each radar image collection device using the amplitude value information of each reflection point;
Based on the corresponding point determination result that is the output of the intensity-considered corresponding point determination circuit and the range of each reflection point and the target presence direction in each image obtained from the radar image that is the output of each radar image acquisition device, A radar apparatus comprising: a three-dimensional shape restoration circuit for restoring a three-dimensional shape.
目標に電波を照射し、目標からの反射波を利用して目標の形状情報をISARレーダ画像として得る画像レーダ装置であって、
異なる位置に配置され目標のレーダ画像の収集およびレーダ位置を基準とした目標の存在方向の推定を行う複数のレーダ画像収集装置と、
上記各レーダ画像収集装置の出力画像上の各反射点間を、各反射点毎に、多数の画像のうちいずれか3枚を用いて対応づけるN画像対応点判定回路と、
上記N画像対応点判定回路の出力である対応点の判定結果と各レーダ画像収集装置の出力であるレーダ画像から得られるそれぞれの画像における各反射点のレンジおよび目標の存在方向とから目標の3次元形状を復元する3次元形状復元回路と
を備えたことを特徴とするレーダ装置。
An image radar apparatus that irradiates a target with radio waves and uses a reflected wave from the target to obtain target shape information as an ISAR radar image ,
A plurality of radar image collection devices that are arranged at different positions and collect target radar images and estimate the direction of presence of the target based on the radar position;
An N image corresponding point determination circuit for associating each reflection point on the output image of each radar image collection device with each reflection point using any three of a large number of images;
The target 3 is determined based on the corresponding point determination result output from the N image corresponding point determination circuit, the range of each reflection point in each image obtained from the radar image output from each radar image collection device, and the target presence direction. A radar apparatus comprising: a three-dimensional shape restoration circuit for restoring a three-dimensional shape.
目標に電波を照射し、目標からの反射波を利用して目標の形状情報をISARレーダ画像として得る画像レーダ装置であって、
異なる位置に配置され目標のレーダ画像の収集およびレーダ位置を基準とした目標の存在方向の推定を行う複数のレーダ画像収集装置と、
上記各レーダ画像収集装置の出力画像上の各反射点間のうち対応のとれる基準点を選定する基準点選定回路、該基準点選定回路で得られた基準点に関してその空間位置を推定する基準位置推定回路、該基準位置推定回路で得られた基準点の空間位置と上記レーダ画像収集装置で得られた各基準点の画像の画像上のレンジおよびドップラー周波数と上記各レーダ画像収集装置の位置を基準とした目標の方向とから目標の回転角速度ベクトルを推定する回転角速度ベクトル推定回路、および回転軸の位置を推定する回転軸位置推定回路を有する回転運動推定回路と
を備えたことを特徴とするレーダ装置。
An image radar apparatus that irradiates a target with radio waves and uses a reflected wave from the target to obtain target shape information as an ISAR radar image ,
A plurality of radar image collection devices that are arranged at different positions and collect target radar images and estimate the direction of presence of the target based on the radar position;
A reference point selection circuit for selecting a reference point that can be matched among the reflection points on the output image of each radar image acquisition device, and a reference position for estimating the spatial position of the reference point obtained by the reference point selection circuit The estimation circuit, the spatial position of the reference point obtained by the reference position estimation circuit, the range and Doppler frequency on the image of the image of each reference point obtained by the radar image collection device, and the position of each radar image collection device A rotational angular velocity vector estimation circuit that estimates a target rotational angular velocity vector from a reference target direction, and a rotational motion estimation circuit that has a rotational axis position estimation circuit that estimates a rotational axis position. Radar device.
上記回転運動推定回路の出力である回転運動の推定結果を各時刻で蓄積する回転運動履歴蓄積回路を
さらに備えたことを特徴とする請求項5に記載のレーダ装置。
The radar apparatus according to claim 5, further comprising a rotational motion history accumulation circuit that accumulates a rotational motion estimation result that is an output of the rotational motion estimation circuit at each time.
上記回転運動推定回路の推定結果を基に各レーダ画像収集装置ごとのクロスレンジ軸と長さと周波数のスケーリングを推定する投影面決定回路と、
上記投影面決定回路の推定結果を基に、レンジおよびレンジに直交するクロスレンジを長さで表現したレーダ画像を各レーダ画像収集装置ごとに得られたレーダ画像に関して生成するレンジ・クロスレンジ画像生成回路とを
さらに備えたことを特徴とする請求項5に記載のレーダ装置。
A projection plane determination circuit that estimates the cross-range axis, length, and frequency scaling for each radar image acquisition device based on the estimation result of the rotational motion estimation circuit;
Range / cross-range image generation based on the estimation result of the projection plane determination circuit, which generates a radar image that represents the range and the cross range orthogonal to the range in terms of the radar image obtained for each radar image acquisition device The radar apparatus according to claim 5, further comprising a circuit.
上記各レンジクロスレンジ画像生成回路上の各反射点ごとに、各反射点の存在範囲をそのレンジクロスレンジ画像上の反射点を通り、その平面に直交する直線上に限定し、各レンジクロスレンジ画像毎に現れる各軸が交わるか否かを判定する直線交差判定回路と、
上記直線交差判定回路で得られた交差情報を基に、各面上の点に関する軸が全面で1点で交わるものを探索し、これに基づいて対応点を決定する交差情報考慮型対応点判定回路と、
上記交差情報考慮型対応点判定回路の情報を基に目標の3次元形状を構築する3次元形状構築回路とを
さらに備えたことを特徴とする請求項7に記載のレーダ装置。
For each reflection point on each range cross range image generation circuit, the range of each reflection point is limited to a straight line that passes through the reflection point on the range cross range image and is orthogonal to the plane. A straight line intersection determination circuit for determining whether or not the axes appearing for each image intersect;
Based on the intersection information obtained by the above-described straight intersection determination circuit, the intersection information-considered corresponding point determination is performed by searching for points where the axes related to the points on each surface intersect at one point on the entire surface, and determining corresponding points based on this. Circuit,
The radar apparatus according to claim 7, further comprising a three-dimensional shape construction circuit that constructs a target three-dimensional shape based on information of the intersection information consideration type corresponding point determination circuit.
上記各レンジクロスレンジ画像生成回路上の各反射点ごとに、各反射点の存在範囲をそのレンジクロスレンジ画像上の反射点を通り、その平面に直交する直線上に限定し、各レンジクロスレンジ画像ごとに現れる各軸が交わる否かを判定する直線交差判定回路と、
交差していると判定された点の組に関して交点の3次元座標を決定する交点探索回路と、
さらに別のレンジクロスレンジ画像に関して、各反射点ごとに軸を決定し、その軸が上記交点を通過するかどうかを調べ、通過した場合にはその点、および上記交点に関する各画像上の点の組を対応している、そうでなければ対応していないと判定する交点通過型対応点判定回路と、
上記交点通過型対応点判定回路の情報を基に目標の3次元形状を構築する3次元形状構築回路とを
さらに備えたことを特徴とする請求項7に記載のレーダ装置。
For each reflection point on each range cross range image generation circuit, the range of each reflection point is limited to a straight line that passes through the reflection point on the range cross range image and is orthogonal to the plane. A straight intersection determination circuit that determines whether or not the axes appearing for each image intersect;
An intersection search circuit for determining a three-dimensional coordinate of the intersection with respect to a set of points determined to intersect;
For yet another range cross-range image, determine an axis for each reflection point, check if the axis passes the intersection, and if so, the point and the point on each image for the intersection. An intersection-passing-type corresponding point determination circuit that determines that the pair corresponds, and otherwise does not correspond;
The radar apparatus according to claim 7, further comprising a three-dimensional shape construction circuit that constructs a target three-dimensional shape based on information of the intersection passing type corresponding point determination circuit.
候補目標の形状データを蓄積する目標形状データ蓄積手段と、
上記3次元形状復元回路で復元された観測目標の3次元形状と上記目標形状データ蓄積手段に蓄積された候補目標の形状データを照合して、類似している候補目標を出力する3次元形状照合回路とを
さらに備えたことを特徴とする請求項3または4に記載のレーダ装置。
Target shape data storage means for storing candidate target shape data;
Three-dimensional shape verification that outputs similar candidate targets by comparing the three-dimensional shape of the observation target restored by the three-dimensional shape restoration circuit with the shape data of the candidate target stored in the target shape data storage means The radar device according to claim 3, further comprising a circuit.
候補目標の形状データを蓄積する目標形状データ蓄積手段と、
目標形状データに蓄積された各候補目標の3次元形状データに電磁界理論を適用して、その反射強度の3次元分布を算出するRCS算出手段と、
上記反射強度3次元分布構築回路で構築された観測目標の反射強度の3次元分布と上記RCS算出手段で得られた各候補目標の反射強度の3次元分布を照合して類似する候補目標を選択する反射強度3次元分布照合回路とを
さらに備えたことを特徴とする請求項2に記載のレーダ装置。
Target shape data storage means for storing candidate target shape data;
RCS calculating means for applying electromagnetic field theory to the three-dimensional shape data of each candidate target accumulated in the target shape data and calculating a three-dimensional distribution of the reflection intensity;
A similar candidate target is selected by comparing the three-dimensional distribution of the reflection intensity of the observation target constructed by the reflection intensity three-dimensional distribution construction circuit with the three-dimensional distribution of the reflection intensity of each candidate target obtained by the RCS calculation means. The radar apparatus according to claim 2, further comprising a reflection intensity three-dimensional distribution matching circuit.
目標に電波を照射し、目標からの反射波を利用して目標の形状情報をISARレーダ画像として得る画像レーダ装置であって、
異なる位置に配置して、目標に対して電波の送受信を行い、目標のレーダ画像の収集、およびレーダ位置を基準とした目標の存在方向の推定を行うレーダ画像収集装置と、
所定のレーダ画像収集装置から目標に照射して反射された信号を用いて目標のレーダ画像と該レーダ画像に関するレンジベクトルを得る受信専用レーダ画像収集装置と、
上記レーダ画像収集装置または受信専用レーダ画像収集装置より得られた出力画像上の各反射点間の対応を判定する対応点判定回路と、
上記対応点判定回路の出力である対応点の判定結果と上記各レーダ画像収集装置または上記受信専用レーダ画像収集装置の出力であるレーダ画像および目標の存在方向から目標の3次元形状を復元する3次元形状復元回路と
を備えたことを特徴とするレーダ装置。
An image radar apparatus that irradiates a target with radio waves and uses a reflected wave from the target to obtain target shape information as an ISAR radar image ,
A radar image collection device that is arranged at different positions, transmits and receives radio waves to and from the target, collects the radar image of the target, and estimates the presence direction of the target with reference to the radar position;
A reception-only radar image acquisition device that obtains a target radar image and a range vector related to the radar image using a signal reflected from the target irradiated from a predetermined radar image acquisition device;
A corresponding point determination circuit for determining a correspondence between each reflection point on the output image obtained from the radar image acquisition device or the reception-only radar image acquisition device;
The target three-dimensional shape is restored from the corresponding point determination result that is the output of the corresponding point determination circuit, the radar image that is the output of each radar image acquisition device or the reception-only radar image acquisition device, and the target presence direction 3 A radar apparatus comprising: a dimensional shape restoration circuit.
各候補目標ごとの回転運動情報を蓄積する回転運動蓄積手段と、
上記回転運動履歴蓄積回路に蓄積された各時刻ごとの観測目標の回転運動の履歴と上記回転運動蓄積手段に蓄積した各候補目標ごとの回転運動情報を照合して、回転運動が類似する候補目標を出力する回転運動照合回路とを
さらに備えたことを特徴とする請求項6に記載のレーダ装置。
Rotational motion storage means for storing rotational motion information for each candidate target;
A candidate target whose rotational motion is similar by comparing the rotational motion history of the observation target for each time stored in the rotational motion history storage circuit with the rotational motion information for each candidate target stored in the rotational motion storage means The radar apparatus according to claim 6, further comprising: a rotary motion collating circuit that outputs.
上記レーダ画像収集装置は、
目標に照射する高周波パルスを生成する送信機と、
上記送信機で生成された高周波パルスを送受信する送受信アンテナと、
目標により反射、散乱された高周波パルスの一部を上記送受信アンテナを介して受信・検波する受信機と、
上記受信機で得られた受信信号を元に観測対象のレーダ画像を生成するレーダ画像再生手段と、
上記受信信号の到来方向からレーダ画像収集装置の位置を基準とした目標の存在方向を単位ベクトルで得るレンジベクトル算出手段と
を有することを特徴とする請求項1から13のいずれかに記載のレーダ装置。
The radar image collection device is
A transmitter that generates high frequency pulses to irradiate the target;
A transmission / reception antenna that transmits and receives high-frequency pulses generated by the transmitter;
A receiver that receives and detects a part of the high-frequency pulse reflected and scattered by the target via the transmitting and receiving antenna;
Radar image reproducing means for generating a radar image to be observed based on a received signal obtained by the receiver;
14. The radar according to claim 1, further comprising: a range vector calculating unit that obtains a target existence direction as a unit vector from a direction of arrival of the received signal with reference to a position of the radar image collection device. apparatus.
上記レーダ画像収集装置は、
目標により反射、散乱された高周波パルスの一部を送受信アンテナを介して受信・検波する受信機と、
上記受信機で得られた受信信号を元に観測対象のレーダ画像を生成するレーダ画像再生手段と、
受信信号の到来方向および、その受信信号を得るための送信を行ったレーダ画像収集装置の照射方向から、レンジ方向の単位ベクトルを推定するバイスタレンジベクトル算出手段と
を有することを特徴とする請求項1から13のいずれかに記載のレーダ装置。
The radar image collection device is
A receiver that receives and detects a part of the high-frequency pulse reflected and scattered by the target via a transmitting and receiving antenna;
Radar image reproducing means for generating a radar image to be observed based on a received signal obtained by the receiver;
And a Bister range vector calculating means for estimating a unit vector in the range direction from the arrival direction of the received signal and the irradiation direction of the radar image acquisition device that has transmitted to obtain the received signal. Item 14. The radar device according to any one of Items 1 to 13.
目標に照射する高周波パルスを生成する送信機、該送信機で生成された高周波パルスを送受信する送受信アンテナ、目標により反射、散乱された高周波パルスの一部を該送受信アンテナを介して受信・検波する受信機、該受信機で得られた受信信号を基に観測対象のレーダ画像をISARレーダ画像として生成するレーダ画像再生手段、受信信号の到来方向から目標の存在方向を単位ベクトルで得るレンジベクトル算出手段、レーダと目標の相対運動により刻一刻と変化する上記レーダ画像再生手段の出力であるレーダ画像を蓄積するレーダ画像履歴蓄積手段、およびレーダと目標の相対運動により刻一刻と変化する上記レンジベクトル算出手段の出力であるレンジベクトルの算出結果を蓄積するレンジベクトル履歴蓄積手段を有する移動レーダ画像収集装置と、
上記移動レーダ画像収集装置の出力である各時刻におけるレーダ画像から対応点を決定する対応点判定回路と、
上記対応点判定回路の対応点判定結果と上記移動レーダ画像収集装置の出力であるレンジベクトルの履歴およびレーダ画像の履歴から目標の3次元形状を復元する3次元形状復元回路と
を備えたことを特徴とするレーダ装置。
Transmitter for generating high-frequency pulses to be irradiated to a target, transmission / reception antenna for transmitting / receiving high-frequency pulses generated by the transmitter, and receiving and detecting a part of the high-frequency pulses reflected and scattered by the target via the transmission / reception antenna Radar image reproduction means for generating a radar image to be observed as an ISAR radar image based on a received signal obtained by the receiver, a range vector calculation for obtaining a target direction as a unit vector from the direction of arrival of the received signal Means, a radar image history accumulating means for accumulating a radar image as an output of the radar image reproducing means that changes every moment according to the relative motion between the radar and the target, and the range vector that changes every moment according to the relative motion between the radar and the target. A movement record having range vector history storage means for storing a calculation result of a range vector as an output of the calculation means. And da image collection apparatus,
A corresponding point determination circuit for determining a corresponding point from a radar image at each time as an output of the mobile radar image collection device;
A three-dimensional shape restoration circuit for restoring the target three-dimensional shape from the corresponding point determination result of the corresponding point determination circuit, the range vector history and the radar image history as the output of the mobile radar image acquisition device. A characteristic radar device.
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