JP4046422B2 - 運動補償回路及びレーダ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、移動する目標に対して電波を送信し、目標からの反射波を受信して上記目標の画像を得る際、目標の移動に伴う目標のレンジ及びドップラー周波数の変化を補償する運動補償回路及び当該運動補償回路を備えて高い分解能を得るためのレーダ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種のレーダ装置は、一般に高分解能レーダ装置と呼ばれ、例えば、Donald R. Wehner, “High Resolution Radar”, Artech House, INC. 1987, pp273‐339に記載されているＩＳＡＲ(Inverse Synthetic Aperture Radar)、及び特開平７−９２２５７号公報に記載のものがある。
【０００３】
図１０は上記文献に従って構成したレーダ装置のブロック構成図である。
図１０において、１は送信機、２は送受切換器、３は送受信アンテナ、４は受信機、５はレンジ圧縮手段、６はレンジ補償回路、７は位相補償回路、８はクロスレンジ圧縮回路、９はモニタ・テレビ（以下、モニタＴＶと呼ぶ）、２６は運動補償回路である。
【０００４】
図１１は、図１０に示すレーダ装置のブロック構成図におけるレンジ補償回路６の内容を記した構成図である。
図１１において、１０は振幅最大レンジビン検出回路、１１は平滑化回路、１２はレンジ移動量推定回路、１３はレンジ補償手段である。
【０００５】
また、図１２は、図１０に示すレーダ装置のブロック構成図における位相補償回路７の内容を記した構成図である。
図１２において、１４は注目レンジビン決定手段、１５は区分周波数分析手段、１６はドップラー移動量推定回路、１７は振幅最大周波数検出回路、１８は位相補償量算出手段、１９は位相補償手段、２５はドップラー移動量推定手段である。
【０００６】
次に、上記構成に係るレーダ装置の動作原理について、回転運動を行う目標を観測するジオメトリである図１３、図１３のジオメトリで観測した結果得られたＩＳＡＲ画像の一例を示す図１４、並進運動を行う目標を観測するジオメトリである図１５、レンジプロフィールのヒストリの最大振幅検出結果の一例を示す図１６、レンジ補償処理を施した後のレンジプロフィールにおける最大振幅検出結果のヒストリの一例を示す図１７、区分周波数分析手段１５の処理内容を説明する図１８、及び区分周波数分布のヒストリの最大振幅検出結果の一例を示す図１９の各図面を用いて説明する。
【０００７】
まず、ＩＳＡＲの画像再生の原理について説明する。
図１３に示す通り、ｘ−ｙ平面の原点に設置されたレーダ装置２１で、レンジｒ０の点ｏを通り紙面に垂直な軸を中心に角速度ωで反時計周りで回転する目標２０を観測するジオメトリを考える。
【０００８】
図１０に示す構成において、まず、送信機１では、時間とともに周波数が変化する信号（チャープ）に変調された高周波パルスを発生し、送受切換器２を介して送受信アンテナ３に供給する。目標２０で反射された信号（エコー）は、送受信アンテナ３に入り、送受切換器２を介して受信機４で復調される。
【０００９】
この復調された信号は、送信信号の瞬時周波数に対しレーダ装置２１と目標２０の間の電波伝搬の往復に要する時間分遅延したものであるから、レンジ圧縮手段５において、送信信号ｓ（ｔ）を用いて受信信号ｒ（ｔ）にマッチドフィルターをかけること、すなわち、式（１）に示すように、送信信号ｓ（ｔ）の共役信号ｓ*（ｔ）と受信信号ｒ（ｔ）とのコンボリューションを求めることにより、遅延に相当した時間にインパルスｖ（ｔ）（以下では、レンジプロフィールと呼ぶ）を得ることができる。このことにより、レンジ分解能が向上する。
【００１０】
【数１】
【００１１】
レーダが送信を繰り返すごとに上記レンジ圧縮された信号が得られるから、レーダの送信（ヒット）ごとにレンジ圧縮された信号をまとめることにより、レンジｒとヒットｈを軸とする二次元複素信号ｖ（ｈ、ｒ）（以下では、レンジプロフィールのヒストリと呼ぶ）が得られる。
レンジｒと時間ｔの間には、ｒ＝（Δｒ／Δｔ）・ｔなる関係がある。ここで、Δｔはサンプリング間隔（＝１／Ｂ、Ｂは送信帯域）、Δｒはレンジ分解能（＝Ｃ／２Ｂ、Ｃは光速）である。
【００１２】
目標２０が図１５に示すような運動、すなわち並進運動を行う場合には、レーダ装置２１から目標２０までの距離の変化の影響を補償することにより、並進運動を行う目標２０を、等価的に、図１３に示すような回転運動を行う目標２０とみなすことができる。
レーダ２１と目標２０の間の距離の変化を補償するレンジ補償回路６、位相補償回路７の動作は後述することにし、以下では、目標２０が回転運動を行うもの、もしくは何等かの方法でレーダ装置２１から目標２０までの距離の変化の影響を補償されたものとする。
【００１３】
クロスレンジ圧縮手段８では、レンジプロフィールのヒストリｖ（ｈ、ｒ）を、式（２）に従って、各レンジごとに、ヒット方向にフーリエ変換することにより、レンジ、クロスレンジの両方について圧縮された複素信号ｕ（ｃ、ｒ）を得る。ここに、ｃはクロスレンジ（方位）方向を示す。
【００１４】
【数２】
【００１５】
上式で、ｈｎｕｍはヒット数、ｒｎｕｍはレンジビン数である。この処理は、クロスレンジ方向の分解能を改善する効果がある。以下、この原理を説明する。
【００１６】
図１３に示す運動を行う目標上のある部位（例えば点ａ）で反射した信号のドップラー周波数ｆｄは次の式（３）で表される。
【００１７】
【数３】
【００１８】
ここで、λは送信波長、ｘは反射を生じた部位の回転半径、θ（ｈ）は観測の基準となるＬＯＳ（Line Of Sight）を基準とした目標部位の角度である。
式（３）により、同じ角度θ上の点では、回転軸からの距離ｘに比例して、目標上のそれぞれの部位からの反射信号のドップラー周波数が変わる。
従って、複素信号ｕ（ｃ、ｒ）は、回転軸によって定まる投影面に目標を投影した画像を表していることになる。
【００１９】
レンジ圧縮手段５とクロスレンジ圧縮手段８により、レンジ方向、クロスレンジ方向の両方について分解能が向上した複素信号ｕ（ｃ、ｒ）は、その絶対値が目標のレーダ反射断面積に対応するから、モニタＴＶ９上のレンジｒ、クロスレンジｃの二次元平面にｕ（ｃ、ｒ）の絶対値またはその二乗に応じた輝度で表示を行うことにより、図１４に示すような、レンジとクロスレンジの両方について高分解能化された目標のＩＳＡＲ画像２２を表示することができる。
ここで、画像上で、例えばａ点は、目標上でレーダに近い位置にあるので、レンジが小さく、かつ、回転運動によりレーダから遠ざかる運動をしているのでドップラー周波数が小さくなっている。
【００２０】
次に、上記説明で省略した、目標の並進運動の影響を補償する処理について説明する。
観測時間内のｔ０、ｔ１、ｔ２という時間において、並進運動により、図１５のように位置が変化する目標２０のＩＳＡＲ画像を生成する場合、各ヒットごとに得られたレンジプロフィールのヒストリｖ（ｈ，ｒ）をそのままヒット方向にフーリエ変換するだけでは、目標上の各点（例えば点ａ）が観測時間中にレンジ方向に移動するため、レンジ、クロスレンジ方向にきちんと圧縮されず、結果として画像にぼけが生じてしまうのは、式（２）において、各レンジごとにフーリエ変換を行うというその処理内容より明らかである。
従って、ぼけのない鮮明な画像を得るためには、目標上の各々の点を観測時間中、同一レンジビン内に固定するための補償処理を必要とする。
この処理をレンジ補償処理と呼ぶ。
【００２１】
レンジ補償処理を行うレンジ補償回路６の処理内容について説明する。
目標が図１５に示す運動を行う場合について考える。
ここで、電波の反射をする点は、図中ａ、ｂ、ｃの三点のみとし、このうち、ｂ点とｃ点は常に同じレンジビンにあるものとする。
【００２２】
図１１に示すレンジ補償回路６の構成において、まず、レンジ移動量推定回路１２によりレンジ追尾を行う。レンジ移動量推定回路１２の中の振幅最大レンジビン検出回路１０では、各ヒットごとに、レンジプロフィールの振幅が最大となるレンジビンを検出する。
【００２３】
その結果の例を図１６に示す。同図で横軸はヒット、縦軸はレンジであり、図中太実線で示した部分が、各ヒットのレンジプロフィールで振幅が最大となるレンジビンを示しているものとする。ａ、ｂ、ｃは同一目標上の点であり、実際は、図中の点線に示されるように、同じ変化率でレンジが変化しているはずであるが、見込み角の変化に従う各点のレーダ断面積の変化や、同一レンジビン内に複数の反射点が存在する場合の干渉などの影響で、観測時間中に各点の存在するレンジビンの振幅が変動するため、振幅最大レンジビンの位置の変化に不連続な部分が発生する。
【００２４】
この振幅最大レンジビンの位置の時間変化に対して平滑化回路１１では、例えば最小二乗法などを用いて平滑化することにより、図中点線で示した、上述の目標のレンジの実際の時間変化を得る事ができる。このレンジの時間変化を観測時間中のレンジ方向の移動量を表すレンジ移動量ｓで定義する。
【００２５】
レンジ補償手段１３では、レンジ移動量推定回路１２で得られたシフト量から、各ヒットにおけるレンジ補償量ｓｆ（ｈ）を式（４）により得る。
【００２６】
【数４】
【００２７】
次に、式（４）で得られたレンジ補償量ｓｆ（ｈ）を用いて、各ヒットｈにおけるレンジプロフィールのヒストリｖ（ｈ、ｒ）をレンジ方向に補償し、レンジ補償後のレンジプロフィールのヒストリｖ２（ｈ、ｒ）を得る。
レンジ補償後のレンジプロフィールのヒストリｖ２（ｈ、ｒ）で、各ヒットごとに、レンジプロフィールの振幅が最大となるレンジビンを検出した結果は、図１７に示すようにそれぞれの点の反射信号が同一レンジビンに並ぶ。
【００２８】
上記レンジ補償処理回路５によるレンジ補償処理により、観測時間中の各点のレンジビンを超えた距離変化については除去することができたが、レンジビン内の距離変化については除去できていない。
一般に、目標が加速運動、旋回運動をする時は勿論の事、等速直線運動を行う場合でも、進行方向がＬＯＳ軸に沿った方向で無い限り、その距離変化は、線形な成分に加えて、非線形な加速度成分も含む。
このうちの加速度成分の影響で、各点よりの反射信号のドップラー周波数（クロスレンジ）に広がりが生じるため、結果として生成した画像がクロスレンジ方向にぼけてしまう。
上記加速度成分を除去するための補償処理が位相補償処理である。
【００２９】
以下では、この位相補償処理を行う位相補償回路７の処理内容について説明する。
並進運動に伴う上記加速度成分は、すべてのレンジビンに対してほぼ等しく加わるため、ある一つのレンジビンに着目して、そのレンジビンに加わる加速度成分を推定し、その推定結果を用いて、すべてのレンジビンの位相補償を行う。
【００３０】
図１２に示す位相補償回路７の構成において、注目レンジビン決定手段１４では、レンジ補償後のレンジプロフィールｖ２（ｈ、ｒ）の各レンジｒにおける平均電力を算出し、その値を最大とするレンジビンを注目レンジビンとして、そのレンジビンの受信信号列ｗ（ｈ）を出力する。例えば図１５のジオメトリの例では、点ｂ、ｃを含むレンジビンが注目レンジビンとして選択されたものとする。
【００３１】
次に、区分周波数分析手段１５では、式（５）に従い、図１８に示した注目レンジビンの受信信号列ｗ（ｈ）２３を長さΔｈで区分フーリエ変換して区分周波数分布のヒストリｆｓ（ｈ’，ｆ）２４を求める。
【００３２】
【数５】
【００３３】
ドップラー移動量推定手段２５では、得られた区分周波数分布のヒストリｆｓ（ｈ’，ｆ）の追尾を行う。
まず、振幅最大周波数検出回路１７では、各ヒットｈ’ごとに、周波数分布の振幅が最大となるドップラービンを検出する。その結果の例を図１９に示す。同図で横軸はヒット、縦軸はドップラービンであり、図中太実線で示した部分が、各ヒットの周波数分布で振幅が最大となるドップラーを示しているものとする。見込み角の変化に従うレーダ断面積の変化のため、振幅最大周波数の位置が変動すること、および、周波数の折り返しの影響で、その位置の変化に不連続な部分が発生する。
【００３４】
これに対し、レンジ補償回路６のレンジ移動量推定回路１２と同様に、平滑化回路１１により平滑化を行うことにより、図中点線で示した、上述の目標のドップラーの実際の時間変化を得ることができる。
この時間変化を観測時間中のドップラー方向の移動量を表すシフト量ｓで定義する。
位相補償量算出手段１８では、式（６）に従い、位相補償量ｐｈ（ｈ）を計算する。
【００３５】
【数６】
【００３６】
さらに、位相補償手段１９では、位相補償量算出手段１８で得られた位相補償量ｐｈ（ｈ）を用いて、式（７）により、レンジ補償後のレンジプロフィールのヒストリｖ２（ｈ、ｒ）の位相補償を行い、最終的なレンジプロフィールのヒストリｖＬ（ｈ、ｒ）を得る。
【００３７】
【数７】
【００３８】
以上の処理を経る事により、並進運動を行う目標に関して、目標上の各点のレンジビンを超える移動、位相の二次の変動を補償することができるため、並進運動を伴わず、回転運動のみを行う目標と同様に鮮明な高分解能画像が得られる。
【００３９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来のレーダ装置では、レンジ補償誤差が発生した場合に、その影響で位相補償誤差までが増大するため、ＩＳＡＲ画像の画質の劣化が生じやすいという問題があった。
【００４０】
また、レンジ補償回路６によるレンジ補償が終わった後に位相補償回路７による位相補償を行う必要があるため、運動補償に要する時間が増大するという問題があった。
【００４１】
さらに、レンジ補償において、レンジプロフィールのヒストリの振幅分布のみに着目して、位相の情報を用いないため、レンジ補償の精度が悪いためＩＳＡＲ画像の画質の劣化が生じやすいという問題があった。
【００４２】
また、位相補償の際に、ある一つの反射点の軌跡のドップラー周波数の時間変化のみに着目して位相補償量を推定するために、複数の反射点の軌跡が存在して、その反射強度がそれぞれ時間の経過とともに変化する場合に、位相補償量推定誤差が発生してＩＳＡＲ画像の画質の劣化が生じやすいという問題があった。
【００４３】
この発明はかかる問題点を解消するためになされたもので、目標の運動により生ずる反射波のドップラーの変化に基づき目標の高分解能画像を得る際、目標のレンジ移動量の補償誤差の影響で目標の位相補償誤差が増大する問題を回避することができ、ＩＳＡＲ画像の画質劣化の発生を抑えることができる可能な運動補償回路及び運動補償回路を備えたレーダ装置を得ることを目的とするものである。
【００４４】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る運動補償回路は、移動する目標に対して電波を送信し、上記目標からの反射波を受信して上記目標の画像を得る際、上記目標の移動に伴う上記目標のレンジ及びドップラー周波数の変化を補償する運動補償回路であって、受信信号列の入力に基づいて各時刻におけるレンジ方向に並ぶデータ列の総和を生成する総和手段と、当該総和手段の出力を区分周波数分析して区分周波数分布のヒストリを得る区分周波数分析手段と、当該区分周波数分析手段の出力からドップラー移動量の推定を行うドップラー移動量推定手段とからなるドップラー移動量推定回路と、上記ドップラー移動量推定回路からのドップラー移動量に基づいて上記受信信号列からドップラー周波数の時間変化成分を除去した位相補償後の受信信号列を出力する位相補償手段とを有する位相補償回路を備えたことを特徴とするものである。
【００４５】
また、受信信号列を入力して上記目標の移動に伴う上記目標のレンジの変化を補償しレンジ補償後の受信信号列を出力するレンジ補償回路をさらに備えたことを特徴とするものである。
【００４６】
また、上記レンジ補償回路は、上記位相補償回路からの位相補償後の受信信号列を入力して当該受信信号列上に残存する上記目標の移動に伴う上記目標のレンジの変化を補償することを特徴とするものである。
【００４７】
また、上記レンジ補償回路は、受信した上記反射波の受信信号列を入力して上記目標の移動に伴う上記目標のレンジの変化を補償しレンジ補償後の受信信号列を出力すると共に、上記位相補償回路は、上記レンジ補償回路からのレンジ補償後の受信信号列を入力して位相補償し位相補償後の受信信号列を出力することを特徴とするものである。
【００４８】
また、上記ドップラー移動量推定回路は、上記反射波の受信信号列を入力してドップラー移動量の推定を行うと共に、当該ドップラー移動量推定回路によるドップラー移動量の推定処理と平行して、上記反射波の受信信号列を入力して各時刻におけるレンジ方向のレンジ移動量を推定するレンジ移動量推定回路をさらに備え、上記位相補償手段は、上記反射波の受信信号列を入力して上記ドップラー移動量推定回路からのドップラー移動量及び上記レンジ移動量推定回路からのレンジ移動量に基づいて位相補償及びレンジ補償を同時に行い位相補償及びレンジ補償された受信信号列を出力することを特徴とするものである。
【００４９】
また、レンジプロフィールのヒストリの切出し幅を蓄積する切出し幅蓄積手段をさらに備えると共に、上記レンジ補償回路と上記位相補償回路のドップラー移動量推定回路との間に、上記レンジ補償回路の出力であるレンジ補償後のレンジプロフィールのヒストリ上の各レンジの電力の比較により注目レンジビンを決定して注目レンジビン番号を出力する注目レンジビン決定手段と、当該注目レンジビン決定手段からの注目レンジビン番号と上記切出し幅蓄積手段からのレンジ方向の切出し幅とに基づいて上記レンジ補償回路の出力であるレンジ補償後のレンジプロフィールのヒストリから注目レンジビン番号近傍のデータ列を切り出して切出し後のレンジプロフィールのヒストリを上記ドップラー移動量推定回路に出力する切出し手段とをさらに備えたことを特徴とするものである。
【００５０】
また、上記レンジ補償回路は、上記位相補償回路の出力である位相補償後のレンジプロフィールのヒストリのレンジ移動量の値を想定するレンジ移動量想定手段と、各レンジ移動量想定値ごとに上記位相補償後のレンジプロフィールのヒストリのレンジ補償を行うレンジ補償手段と、各レンジ移動量想定値ごとにレンジ補償された、レンジ及び位相補償後のレンジプロフィールのクロスレンジ圧縮を行いＩＳＡＲ画像を生成するクロスレンジ圧縮手段と、各レンジ移動量想定値ごとにクロスレンジ圧縮を行い得られたＩＳＡＲ画像のピーク電力値を算出するピーク電力算出手段と、各レンジ移動量推定値とその時の上記ＩＳＡＲ画像上のピーク電力値を蓄積するピーク電力蓄積手段と、当該ピーク電力蓄積手段に蓄積された各レンジ移動量想定値に対応するピーク電力値の比較から上記位相補償後のレンジプロフィールのヒストリ上の各反射点の軌跡のレンジ移動量を推定する蓄積データ比較手段とからなるピーク電力着目レンジ移動量推定回路と、上記位相補償回路の出力である位相補償後のレンジプロフィールのヒストリを入力して上記ピーク電力着目レンジ移動量推定回路からの各レンジ移動量想定値ごとにレンジ補償を行いレンジ補償後のレンジプロフィールのヒストリを出力するレンジ補償手段とを有することを特徴とするものである。
【００５１】
また、上記レンジ補償回路は、上記位相補償回路の出力である位相補償後のレンジプロフィールのヒストリのレンジ移動量の値を想定するレンジ移動量想定手段と、各レンジ移動量想定値ごとに、上記位相補償後のレンジプロフィールのヒストリのレンジ補償を行うレンジ補償手段と、各レンジ移動量想定値ごとにレンジ補償された、レンジ及び位相補償後のレンジプロフィールのクロスレンジ圧縮を行ってＩＳＡＲ画像を生成するクロスレンジ圧縮手段と、各レンジ移動量想定値ごとに、クロスレンジ圧縮を行い得られたＩＳＡＲ画像のエントロピーを算出するエントロピー算出手段と、各レンジ移動量推定値とその時の上記ＩＳＡＲ画像上のエントロピーを蓄積するエントロピー蓄積手段と、当該エントロピー蓄積手段に蓄積された各レンジ移動量想定値に対応するエントロピーの比較から上記位相補償後のレンジプロフィールのヒストリ上の各反射点の軌跡のレンジ移動量を推定する蓄積データ比較手段とからなるエントロピー着目レンジ移動量推定回路と、上記位相補償回路の出力である位相補償後のレンジプロフィールのヒストリを入力して上記エントロピー着目レンジ移動量推定回路からの各レンジ移動量想定値ごとにレンジ補償を行いレンジ補償後のレンジプロフィールのヒストリを出力するレンジ補償手段とを有することを特徴とするものである。
【００５２】
また、上記ピーク電力着目レンジ移動量推定回路またはエントロピー着目レンジ移動量推定回路の前段に、レンジプロフィールのヒストリの各ヒットごとの振幅最大レンジビンを検出する振幅レンジビン検出回路と、各ヒットごとの振幅最大レンジビンを平滑化する平滑化回路とを有するレンジ移動量推定回路と、上記レンジ移動量推定回路の誤差範囲をカバーするレンジ移動量の探索範囲を設定する探索範囲設定回路とを有するレンジ移動量推定前処理回路をさらに備えたことを特徴とするものである。
【００５３】
また、上記ドップラー移動量推定手段は、上記区分周波数分析手段の出力である区分ドップラー周波数分布のヒストリの振幅検出を行う振幅検出手段と、振幅検出された区分ドップラー周波数分布のヒストリの二次元フーリエ変換を行う二次元フーリエ変換手段と、二次元フーリエ変換により得られる、区分ドップラー周波数分布のヒストリに対応する空間周波数分布の原点を通るさまざまな積分経路を設定し、各積分経路に沿った積分結果からドップラー移動量を推定する画像線積分手段とからなることを特徴とするものである。
【００５４】
さらに、この発明に係るレーダ装置は、上述した運動補償回路の他に、移動する目標に対して電波を送信する送信手段と、上記目標からの反射波を受信する受信手段と、上記受信した反射波から得られた受信信号列をレンジ圧縮してレンジ圧縮した受信信号列を上記運動補償回路に出力するするレンジ圧縮手段と、上記運動補償回路の出力である運動補償後のヒストリのクロスレンジ圧縮を行いＩＳＡＲ画像を生成するクロスレンジ圧縮手段とをさらに備えたことを特徴とするものである。
【００５５】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本実施の形態１に係る運動補償回路及びレーダ装置の構成を示す図である。
図１において、図１０に示す部分と同一部分は同一符号を付してその説明は省略する。新たな符号として、２６Ａは、移動する目標に対して電波を送信し、目標からの反射波を受信して目標の画像を得る際、目標の移動に伴う目標のレンジ及びドップラー周波数の変化を補償する運動補償回路であり、位相補償回路７Ａと、位相補償後の受信信号列を入力して当該受信信号列上に残存する目標の移動に伴う目標のレンジの変化を補償するレンジ補償回路６とを備えている。
【００５６】
ここで、上記位相補償回路７Ａは、受信信号列の入力に基づいて各時刻におけるレンジ方向に並ぶデータ列の総和を生成する総和手段１０１と、当該総和手段１０１の出力を区分周波数分析して区分周波数分布のヒストリを得る区分周波数分析手段１５と、当該区分周波数分析手段１５の出力からドップラー移動量の推定を行うドップラー移動量推定手段２５とからなるドップラー移動量推定回路１６Ａと、上記ドップラー移動量推定回路１６Ａからのドップラー移動量に基づいて位相補償量を算出する位相補償量算出手段１８と、算出された位相補償量に基づいて上記受信信号列からドップラー周波数の時間変化成分を除去した位相補償後の受信信号列を出力する位相補償手段１９とを備えている。
【００５７】
次に、図１を用いて本実施の形態１の処理内容を説明する。
送信機１で高周波パルスを生成して目標に照射し、受信信号をレンジ圧縮手段５でレンジ圧縮するまでの処理は従来例と同一である。本実施の形態１では、図１（ａ）中の運動補償回路２６Ａの構成に示されているように、位相補償回路７Ａによりレンジ圧縮手段５で得られたレンジプロフィールのヒストリｖ（ｈ，ｒ）の位相補償を行った後に、レンジ補償回路６Ａによりレンジ補償を行う点が従来例と異なる。
【００５８】
まず、位相補償回路７Ａ中の総和手段１０１では、各ヒットごとに、レンジプロフィールのヒストリ上のレンジ方向のデータ列を次式（８）により総和して、参照データ列ｗ（ｈ）を得る。
【００５９】
【数８】
【００６０】
得られたデータ列ｗ（ｈ）には、各ヒットにおける全反射点の受信信号が含まれるので、これを区分周波数分析手段１５で区分周波数分析して得られる区分周波数分布のヒストリ上には、全反射点のドップラー周波数の時間変化を表す軌跡が現れる。すなわち、以下、従来技術と同様に、ドップラー移動量推定手段２５でドップラー移動量の推定を行い、得られたドップラー移動量から位相補償量算出手段１８で位相補償量を算出し、得られた位相補償量を用いて位相補償手段１９で位相補償することで、レンジプロフィールのヒストリ上のドップラー周波数の時間変化成分を除去することができる。つまり、位相補償後のレンジプロフィールのヒストリｖ１（ｈ，ｒ）を得ることができる。
【００６１】
位相補償後のレンジプロフィールのヒストリｖ１（ｈ，ｒ）は、レンジプロフィールのヒストリｖ（ｈ，ｒ）と比較して位相の分布が異なるのみで、振幅分布は等しい。従来技術におけるレンジ補償回路６では、レンジ圧縮手段５の出力であるレンジプロフィールのヒストリｖ（ｈ，ｒ）の振幅分布に着目してレンジ補償を行うことから、ここでのレンジ補償回路６の動作は従来方式と同一になる。すなわち、以上の処理により、レンジプロフィールのヒストリ上の各反射点のレンジの移動およびドップラー周波数の移動成分を除去できる。
【００６２】
運動補償回路２６Ａにより運動補償を行った後のレンジプロフィールのヒストリをクロスレンジ圧縮回路８でクロスレンジ圧縮してＩＳＡＲ画像を生成し、これをモニタＴＶ９で表示する処理は、従来の技術と同一である。
従来技術では、レンジ補償後のレンジプロフィールのヒストリ上の、ある一つのレンジビンのみのデータ列を切出してこれを位相補償のための参照データ列ｗ（ｈ）とした。そのため、レンジ補償誤差が発生した場合には、ある注目する反射点の信号が参照データ列の途中でとぎれてしまい、結果として位相補償の精度まで劣化してしまうという問題があった。
【００６３】
本実施の形態１では、ある一つのレンジビンのデータ列に着目するのではなく、全レンジビンのデータ列に着目するため、上記のある反射点の信号がとぎれる問題が発生しない。すなわち、たとえ後段のレンジ補償において、レンジ補償誤差が発生しても、その影響を受けずに位相補償を行えるため、再生画像のぼけの発生を従来方式より抑えることができるという効果がある。
【００６４】
実施の形態２．
図２は、本実施の形態２における運動補償回路２６Ｂの構成を示す図である。図２において、レンジ補償回路６は図１１に示す従来例と同一であり、また、位相補償回路７Ａは、図１に示す実施の形態１と同一である。
【００６５】
以下、図１及び図２を用いて、本実施の形態２の処理内容を説明する。
本実施の形態２における処理は、運動補償回路２６Ｂを除いて実施の形態１と同様である。本実施の形態２では、運動補償回路２６Ｂ内のレンジ補償回路６と位相補償回路７Ａの処理順序のみが、実施の形態１と異なる。
まず、レンジ補償回路６では、レンジ圧縮手段５で得られたレンジプロフィールのヒストリｖ（ｈ，ｒ）に対して従来の技術と同様にレンジ補償を行う。
【００６６】
次に、位相補償回路７Ａでは、図１（ｂ）に示した構成で位相補償を行う。
レンジ補償後のレンジプロフィールのヒストリｖ１（ｈ，ｒ）に対して、総和手段１０１で、実施の形態１と同様に各ヒットごとに全レンジビンのデータ列を総和して、参照データ列ｗ（ｈ，ｒ）を生成する。以下、区分周波数分析手段１５から位相補償手段１９までの処理は実施の形態１と同一である。
【００６７】
すなわち、位相補償回路７Ａの前段のレンジ補償回路６でレンジ補償誤差が存在した場合にも、レンジ補償後の受信信号列を入力して総和手段１０１で参照データ列を生成することで、誤差の影響を受けずに位相補償を行えるため、実施の形態１と同様、再生画像のぼけの発生を従来方式より抑えることができるという効果がある。
【００６８】
実施の形態３．
図３は、本実施の形態３における運動補償回路２６Ｃの構成を示す図である。図３において、新たな符号として、３０１はレンジ＆位相補償手段である。レンジ移動量推定回路１２は図１１と同一であり、ドップラー移動量推定回路１６Ａは図１と同一である。
【００６９】
以下、図１、図３、図１２を用いて、本実施の形態３の処理内容を説明する。本実施の形態３では、運動補償回路２６の処理のみが実施の形態１と異なる。従来の位相補償回路７では、図１２に示したように、注目レンジビン決定手段１４で注目レンジビンを決定し、このレンジビンのデータ列を参照データ列ｗ（ｈ）としたため、位相補償回路７におけるドップラー移動量推定回路１６の前段には、レンジ補償回路６を必ず必要とした。
【００７０】
しかし、ドップラー移動量推定回路１６Ａの構成を図１（ｂ）のようにすることで、実施の形態１同様、前段にレンジ補償回路６が存在する必要がなくなる。つまり、レンジ移動量推定回路１２、ドップラー移動量推定回路１６Ａのいずれも、レンジ圧縮手段５の直後に配置することが可能となる。すなわち、運動補償回路２６Ｃを、図３に示すように、レンジ移動量推定回路１２、ドップラー移動量推定回路１６Ａが並列になるように構成することができる。
【００７１】
いずれの移動量推定回路においても、従来技術もしくは、実施の形態１と同様に、移動量を得ることができる。レンジ移動量推定回路１２で得られたレンジ移動量をｓ１、ドップラー移動量推定回路１６Ａで得られたドップラー移動量をｓ２とする。レンジ＆位相補償手段３０１では、式（４）、（６）より、レンジ補償量ｓｆ（ｈ）、位相補償量ｐｈ（ｈ） （ｈ＝０，１，…，ｈｎｕｍ−１）をそれぞれ得ることができる。そこで、レンジ＆位相補償手段３０１では、これらの値を用いて、次式（９）によりレンジ補償および位相補償を同時に行い、レンジ及び位相補償後のレンジプロフィールのヒストリｖＬ（ｈ，ｒ）を得ることができる。
【００７２】
【数９】
【００７３】
本実施の形態３では、運動補償回路２６Ｃをドップラー移動量移動量推定回路１６Ａとレンジ移動量推定回路１２を並列に構成するので、実施の形態１、実施の形態２と同様、レンジ移動量推定誤差の影響を受けることなしに、ドップラー移動量を推定できるので、再生画像のぼけの発生を従来方式より抑えることができるという効果がある。さらに、ドップラー移動量の推定とレンジ移動量の推定を同時に並列して行うことで、運動補償に要する時間を短縮できるという利点がある。また、それぞれ得られたレンジ移動量とドップラー移動量を用いて、レンジ補償と位相補償を一つの回路で同時に行うので、構成が簡単になるという利点がある。
【００７４】
実施の形態４．
図４は本実施の形態４の運動補償回路２６Ｄの構成を示す図である。
図４において、新たな符号として、７Ｂは本実施の形態４に係る位相補償回路、４０１は注目レンジビン決定手段１４からの注目レンジビン番号と後述する切出し幅蓄積手段４０２からのレンジ方向の切出し幅とに基づいてレンジ補償回路６の出力であるレンジ補償後のレンジプロフィールのヒストリから注目レンジビン番号近傍のデータ列を切り出して切出し後のレンジプロフィールのヒストリをドップラー移動量推定回路１６Ａに出力する切出し手段、４０２はレンジプロフィールのヒストリの切出し幅を蓄積する切出し幅蓄積手段である。なお、レンジ補償回路６は図１１と同一、注目レンジビン決定手段１４は図１２と同一であり、ドップラー移動量推定回路１６Ａ、位相補償量算出手段１８、位相補償手段１９、２６は図１と同一である。
【００７５】
次に、図１、図４を用いて、本実施の形態４の処理内容を説明する。
本実施の形態４の運動補償回路２６Ｄの構成は、位相補償回路７Ｂの構成で、ドップラー移動量推定回路１６Ａの前段に注目レンジビン決定手段１４と切出し手段４０１を配置している点のみが、実施の形態２と異なる。レンジ圧縮手段５により得られたレンジプロフィールのヒストリｖ（ｈ，ｒ）に対して、レンジ補償回路６でレンジ補償を行う処理は、実施の形態２もしくは従来の技術と同一である。
【００７６】
また、レンジ補償後のレンジプロフィールのヒストリｖ２（ｈ、ｒ）に対して、注目レンジビン決定手段１４で、ドップラー移動量推定の際の参照データを切り出すレンジビンを決定する処理については、従来の技術と同一である。注目するレンジビンをｒｐとする。実施の形態１〜３で述べたように、レンジ補償回路６で得られたレンジ補償後のレンジプロフィールのヒストリｖ２（ｈ，ｒ）においては、数レンジビン程度のレンジ補償誤差が残存じている可能性がある。従って、従来方式のように、レンジビンｒｐのヒット方向のデータ列をそのまま参照データにする方式では、同一の反射点のエコーを追い続けることができなくなり、ドップラー移動量推定誤差が発生する可能性がある。
【００７７】
そこで、切り出し手段４０１では、切り出し幅蓄積手段４０２に蓄積された切り出し幅ｄｒｐを用いて、次式（１０）により、レンジ補償後のレンジプロフィールのヒストリから、データを切り出す。
【００７８】
【数１０】
【００７９】
レンジ補償誤差が存在する場合にも、得られたデータ列ｖｐ（ｈ，ｒ）には、注目する主要な反射点のエコーが含まれている。以下、このデータ列ｖｐ（ｈ，ｒ）をレンジプロフィールのヒストリとみなして、実施の形態１〜３と同様に総和手段１０１で参照データ列ｗ（ｈ）を生成して、ドップラー移動量を推定した後に位相補償を行う。
【００８０】
本実施の形態４では、実施の形態１〜３と同様に、レンジ移動量推定誤差の影響で位相補償誤差が大きくなる問題を回避できる。また、参照データ列ｗ（ｈ）を生成する際に、各ヒットごとに全レンジビンのデータ列を用いるのではなく、注目するレンジビン近傍の数レンジビンのみを用いて生成するので、耐雑音性能が向上する。
【００８１】
実施の形態５．
図５は本実施の形態５のレンジ補償回路６Ａの構成を示す図である。
図５において、新たな符号として、５０１は位相補償回路の出力である位相補償後のレンジプロフィールのヒストリのレンジ移動量の値を想定するレンジ移動量想定手段、５０２は各レンジ移動量想定値ごとにクロスレンジ圧縮を行って得られたＩＳＡＲ画像のピーク電力値を算出するピーク電力算出手段、５０３は各レンジ移動量推定値とその時の上記ＩＳＡＲ画像上のピーク電力値を蓄積するピーク電力蓄積手段、５０４はピーク電力蓄積手段５０３に蓄積された各レンジ移動量想定値に対応するピーク電力値の比較から位相補償後のレンジプロフィールのヒストリ上の各反射点の軌跡のレンジ移動量を推定する蓄積データ比較手段、５０５はピーク電力着目レンジ移動量推定回路である。なお，クロスレンジ圧縮回路８は図１と、レンジ補償手段１３は図１１と同一である。
【００８２】
次に、図１、図５を用いて、本実施の形態５の処理内容を説明する。
本実施の形態５では、図１のレンジ補償回路の部分を図５の構成にしたところが、実施の形態１と異なる。従来のレンジ補償方式においては、レンジ圧縮手段５の直後にレンジ補償を行うために、対象となるレンジプロフィールのヒストリ上では、各反射点のレンジビン移動とともに、ドップラー周波数の移動が同時に発生していた。つまり、各反射点のエコーの位相の変化には未知の二次以上の非線形成分が含まれていたため、従来方式では、レンジプロフィールのヒストリ上の位相情報は無視して振幅分布のみに着目してレンジ補償を行っていた。
【００８３】
これに対し、図１のように、レンジ補償の前段に位相補償を行う場合には、対象となるレンジプロフィールのヒストリ上のドップラ−周波数の移動成分は除去されているので、各反射点の位相変化はヒットに対してリニアな関係にある。
本実施の形態５では、この点に着目し、レンジプロフィールのヒストリ上の振幅分布に加えて、位相情報まで利用してレンジ補償を行う。
【００８４】
レンジ補償回路６Ａには、前段の位相補償回路７Ａの出力である位相補償後のレンジプロフィールのヒストリｖ１（ｈ，ｒ）が入力するものとする。ピーク電力着目レンジ移動量推定回路５０５内のレンジ移動量想定手段５０１には、複数種類のレンジ移動量想定値ｄｋ（ｋ＝０，１，…，Ｋ−１）が記憶されている。レンジ補償手段１３では、各レンジ移動量想定値ｄｋごとにそれを打ち消すためのレンジ補償を行いレンジ補償後のレンジプロフィールのヒストリｖ２ｋ（ｈ，ｒ）を得る。クロスレンジ圧縮手段８では、各レンジ移動量想定値ｄｋごとに、クロスレンジ圧縮すなわち、ヒット方向のフーリエ変換を行い、ＩＳＡＲ画像Ｉｍｇｋ（ｃ，ｒ） （ｃ：クロスレンジビン＝０，１，…，ｈｎｕｍ−１）を得る。
【００８５】
ピーク電力算出手段５０２では、各レンジ移動量想定値ｄｋごとに、ＩＳＡＲ画像Ｉｍｇｋ（ｃ，ｒ）中の各分解能セルの電力のうちの最大値Ｍｘｋを算出する。ピーク電力蓄積手段５０３では、各レンジ移動量ｄｋとその時のＭｘｋをついにして蓄積する。蓄積データ比較手段５０４では、得られたＭｘｋの比較から、レンジプロフィールのヒストリ上の各軌跡の真のレンジ移動量ｄｔｒｕｅを推定する。ここで、すでに位相補償を行っていることから、想定レンジ移動量とレンジプロフィールのヒストリのレンジ移動量が等しい場合には、各反射点は一点に結像することになり、結果として、画像上の各反射点の電力が最大となる。すなわち、ｄｔｒｕｅは、Ｍｘｋを最大とする想定レンジ移動量ｄｋとして求めることができる。得られたレンジ移動量ｄｔｒｕｅを用いて、レンジプロフィールのヒストリｖ１（ｈ、ｒ）のレンジ補償を行う処理については、実施の形態１と同様である。
【００８６】
本実施の形態５では、クロスレンジ圧縮によりＩＳＡＲ画像を生成して画像上の各分解能セルの最大電力を評価指標として、レンジ移動量の推定を行った。これは、前段で位相補償を行って、各反射点の位相変化をヒットに対してリニアにしたから可能となった処理であり、従来方式の構成では不可能である。本実施の形態５の効果としては、従来のレンジプロフィールのヒストリの振幅分布の情報のみを用いてレンジ移動量を推定していたのに対して、位相情報まで用いて推定を行うので、推定精度が向上するとともに、耐雑音性能も向上する点が挙げられる。
【００８７】
実施の形態６．
図６は本実施の形態６のレンジ補償回路６Ｂの構成を示す図である。
図６において、新たな符号として、６０１は各レンジ移動量想定値ごとにクロスレンジ圧縮を行い得られたＩＳＡＲ画像のエントロピーを算出するエントロピー算出手段、６０２は各レンジ移動量推定値とその時の上記ＩＳＡＲ画像上のエントロピーを蓄積するエントロピー蓄積手段、６０３はエントロピー着目レンジ移動量推定回路であり、レンジ補償手段１３は、各レンジ移動量想定値ごとに位相補償後のレンジプロフィールのヒストリのレンジ補償を行い、クロスレンジ圧縮回路８は、各レンジ移動量想定値ごとにレンジ補償された、レンジ及び位相補償後のレンジプロフィールのクロスレンジ圧縮を行ってＩＳＡＲ画像を生成し、蓄積データ比較手段５０４は、エントロピー蓄積手段６０２に蓄積された各レンジ移動量想定値に対応するエントロピーの比較から位相補償後のレンジプロフィールのヒストリ上の各反射点の軌跡のレンジ移動量を推定する。なお、レンジ移動量想定手段５０１は図５のものと同一である。
【００８８】
以下、図１、図５、図６を用いて、本実施の形態６の処理内容を説明する。
本実施の形態６では、図１のレンジ補償回路６を図６のような構成にする点のみが実施の形態１と異なる。また、実施の形態５との比較で述べると、図５におけるピーク電力算出手段５０２がエントロピー算出手段６０１に、ピーク電力蓄積手段がエントロピー蓄積手段６０２になっている点のみが構成上の変化である。
【００８９】
上述した実施の形態５では、位相補償後のレンジプロフィールのヒストリｖ１（ｈ，ｒ）に対して、さまざまなレンジ移動量を想定し、各想定レンジ移動量ごとにレンジ補償、クロスレンジ圧縮を行ってＩＳＡＲ画像を生成し、ＩＳＡＲ画像上の各分解能セルの最大値の比較によりレンジ移動量を推定した。
【００９０】
ところで、分布の偏りを評価する指標にエントロピーがある。エントロピーは、画像の情報量を定量的に示す指標としてしばしば用いられ、ディジタル画像を、その情報量を損なわずに符号化するために必要な最も短い符号長を与えることが知られている。その定義は式（１１）で与えられる。
【００９１】
【数１１】
【００９２】
ここで、ＰＷＲは想定する画像の総電力である。エントロピーはその定義からもわかるように、分布が一様であれば、大きな値を示し、逆に分布に偏りが有ると減少する。すなわち、実施の形態５でピーク電力に着目したのと同様に、エントロピーを用いて画像の結像度の評価を行うことができる。
【００９３】
エントロピー算出手段６０１では、各想定レンジ移動量ｄｋごとに得られたＩＳＡＲ画像Ｉｍｇｋ（ｈ，ｒ）を式（１１）のｔ（ｘ，ｙ）とみなし、その想定移動量に対応したエントロピーＨｋ（ｋ＝０，１，…，Ｋ−１）を算出する。エントロピー蓄積手段６０２では、各レンジ移動量ｄｋとその時のエントロピーＨｋにマイナスを掛けた値（−Ｈｋ）を蓄積する。この値が最大となる場合に、ＩＳＡＲ画像が最も結像していることになる。蓄積データ比較手段５０４では、エントロピー蓄積手段６０２に蓄積された（−Ｈｋ）の値が最大となる想定レンジ移動量ｄｋをレンジプロフィールのヒストリｖ１（ｈ，ｒ）のレンジ移動量の真値ｄｔｒｕｅとみなしてこれを出力する。レンジ補償手段１３以降の処理は、実施の形態５と同様である。
【００９４】
本実施の形態６では、クロスレンジ圧縮によりＩＳＡＲ画像を生成し、得られた画像のエントロピーを評価指標としてレンジ移動量の推定を行った。これは、前段で位相補償を行って、各反射点の位相変化をヒットに対してリニアにしたから可能となった処理であり、従来方式の構成では不可能である。
本実施の形態６の効果としては、従来のレンジプロフィールのヒストリの振幅分布の情報のみを用いてレンジ移動量を推定していたのに対して、位相情報まで用いて推定を行うので、推定精度が向上するとともに、耐雑音性能も向上する点が挙げられる。
【００９５】
実施の形態７．
図７は本実施の形態７のレンジ補償回路６Ｃの構成を示す図である。
図７において、新たな符号として、７０１はレンジ移動量推定回路１２の誤差範囲をカバーするレンジ移動量の探索範囲を設定する探索範囲設定回路、７０２はピーク電力着目レンジ移動量推定回路５０５（またはエントロピー着目レンジ移動量推定回路）の前段に設けられたレンジ移動量推定前処理回路であり、ここで、レンジ移動量推定回路１２は、図１１と同様に、レンジプロフィールのヒストリの各ヒットごとの振幅最大レンジビンを検出する振幅レンジビン検出回路１０と、各ヒットごとの振幅最大レンジビンを平滑化する平滑化回路１１とを有する。レンジ補償手段１３は図１１と同一である。
【００９６】
次に図１、図５、図７、図１１を用いて、本実施の形態７の処理内容を説明する。本実施の形態７では、図１のレンジ補償回路６を図７のような構成にする点のみが実施の形態１と異なる。また、実施の形態５との比較で述べると、図５におけるピーク電力着目レンジ移動量推定回路５０５の前段にレンジ移動量推定前処理回路７０２を設けた点が異なる。レンジ移動量推定前処理回路７０２では、前段の位相補償回路７で位相補償を行って得られたレンジプロフィールのヒストリｖ１（ｈ，ｒ）に対して、従来方式を適用してレンジ移動量を推定する。この結果をｄｒとする。
【００９７】
探索範囲設定回路７０１では、従来方式のレンジ移動量推定誤差範囲をｄｒ近傍のｄｒ−ｄｅ〜ｄｒ＋ｄｅ（ｄｅは誤差範囲設定値）と設定し、この情報をｖ１（ｈ，ｒ）と共にピーク電力着目レンジ移動量推定回路５０５に送る。ピーク電力着目レンジ移動量推定回路５０５では、実施の形態５の動作と同様にｖ１（ｈ，ｒ）のレンジ移動量の想定値ｄｋを設定してそれぞれに対応したＩＳＡＲ画像を生成してピーク電力を評価指標としてレンジ移動量真値ｄｔｒｕｅを推定するが、レンジ移動量の想定範囲を前述のｄｒ−ｄｅ〜ｄｒ＋ｄｅとする。ｄｔｒｕｅが得られた後の処理については、実施の形態５と同一である。
【００９８】
本実施の形態７では、クロスレンジ圧縮によりＩＳＡＲ画像を生成して画像上の各分解能セルの最大電力を評価指標として、レンジ移動量の推定を行った。これは、前段で位相補償を行って、各反射点の位相変化をヒットに対してリニアにしたから可能となった処理であり、従来方式の構成では不可能である。
本実施の形態７の効果としては、従来のレンジプロフィールのヒストリの振幅分布の情報のみを用いてレンジ移動量を推定していたのに対して、位相情報まで用いて推定を行うので、推定精度が向上するとともに、耐雑音性能も向上する点が挙げられる。また、レンジ移動量の推定の前処理を行うことで、実施の形態５に比べて処理負荷を軽減できるという利点も有する。
【００９９】
また、本実施の形態７では、実施の形態５で示したピーク電力着目レンジ移動量推定回路５０５を用いたが、実施の形態６で示したエントロピー着目レンジ移動量推定回路６０３を用いて構成しても同様の効果を得られるのはいうまでもない。
【０１００】
実施の形態８．
図８は本実施の形態８のドップラー移動量推定回路１６Ｂの処理内容を示す図である。
図８において、新たな符号として、８０１は区分周波数分析手段１５の出力である区分ドップラー周波数分布のヒストリの振幅検出を行う振幅検出手段、８０２は振幅検出された区分ドップラー周波数分布のヒストリの二次元フーリエ変換を行う二次元フーリエ変換手段、８０３は二次元フーリエ変換により得られる、区分ドップラー周波数分布のヒストリに対応する空間周波数分布の原点を通るさまざまな積分経路を設定し、各積分経路に沿った積分結果からドップラー移動量を推定する画像線積分手段、８０４は二次元フーリエ変換型移動量推定回路である。なお、区分周波数分析手段１５、総和手段１０１は図１と同一である。
【０１０１】
以下、図１、図８、及び本実施の形態の動作を示す図９を用いて、本実施の形態８の処理内容を説明する。
本実施の形態８では、実施の形態１で図１（ｂ）のように構成したドップラー移動量推定回路１６を図８のように構成した点が、実施の形態１と異なる。レンジ圧縮手段５で得られたレンジプロフィールのヒストリｖ（ｈ，ｒ）に対して、総和手段１０１でドップラー移動量推定のための参照データ列ｗ（ｈ）を生成する区分周波数分析手段１５でｗ（ｈ）の区分フーリエ変換を行い区分周波数分布のヒストリｆｓ（ｈ’、ｆ）を算出する手段については、実施の形態１と同一である。
【０１０２】
二次元フーリエ変換型移動量推定回路８０４では、総和手段１０１で、全レンジビンのデータを用いて参照データ列ｗ（ｈ）を生成したことで、参照データ列に含まれる反射点の数が増加したこと、言い換えると、区分周波数分布のヒストリ上で、各反射点のドップラ−周波数の時間変化を表す軌跡の本数が増加したことを考慮に入れて、ドップラー移動量の推定を行う。
【０１０３】
ここで、区分ドップラ−周波数分布のヒストリ上に現れる各反射点の軌跡間の関係について考えると、これらは、いずれも同じ目標上の点であることから、目標の並進運動によって発生するドップラ−移動量はいずれも等しい。かつ、目標の距離変化成分を時間、すなわちヒットに対するｎ次（ｎ＝０，１，２，…）の変化の和として捉えた場合、一般に、高次の成分ほど小さな値になる。特にドップラー周波数の場合、ヒットに対する一次のドップラー変化成分は、二次の距離変化成分によって発生し、二次以上のドップラー変化成分は、三次以上の距離変化成分によって発生することと、区分周波数分析では、周波数分析に用いるデータ長が短くなるので周波数分解能が劣化することを考慮すると、各軌跡は、少なくともドップラービンの精度では直線で表されることが多い。
【０１０４】
すなわち、以上の性質を踏まえると、各軌跡のドップラー移動量の推定問題は、二次元平面上の複数の、同じ傾きの直線を推定する問題に帰着させることができる。そこで、以下では、図９（ａ）に示す二次元画像ｇ（ｘ，ｙ） （ｘ＝０，１，…，ｘｎｕｍ−１、ｙ＝０，１，…，ｙｎｕｍ−１）上の各反射点のｙ方向の移動量ｄｙを推定する問題を例に、処理内容を説明する。
【０１０５】
まず、振幅検出手段８０１では、入力画像ｇ０（ｘ，ｙ）に対して、次式（１２）で振幅検出を行い、画像ｇ（ｘ，ｙ）を得る。
【０１０６】
【数１２】
【０１０７】
次に、二次元フーリエ変換手段８０２では、画像ｇ（ｘ，ｙ）に対して、次式（１３）の二次元フーリエ変換を適用して、空間周波数画像Ｇ０（ｆｘ，ｆｙ）を得る。
【０１０８】
【数１３】
【０１０９】
二次元画像上の傾きａ（＝ｄｙ／ｘｎｕｍ）の直線は、その画像を二次元フーリエ変換して得られる空間周波数画像上では、原点を通り傾きが−１／ａの直線となる。ここで、空間周波数画像上のその直線のｆｘすなわち、ｘに対応する空間周波数方向の移動量をｄｆｘとすると、その値は、ｆｘ、ｆｙ方向の空間周波数分解能がそれぞれ１／ｘｎｕｍ、１／ｙｎｕｍであることを考慮して、次式（１４）で表される。
【０１１０】
【数１４】
【０１１１】
フーリエ変換の線形性から、元の画像上の同じ移動量ｄｙの直線は、いずれも、空間周波数画像上の原点を通り、ｆｘ方向の移動量が−ｄｙの直線上に変換されることから、空間周波数画像上の定点（＝原点）を通る一本の直線の探索により、ｄｙを推定できる。なお、式（１３）により得られる二次元フーリエ変換画像Ｇ０（ｆｘ，ｆｙ）は、ｆｘを右方向、ｙを上方向とした場合には、画像の左下が原点に対応する。Ｇ０（ｆｘ、ｆｙ）の原点が画像の中心になるように、画像のシフトを行った結果をＧ（ｆｘ、ｆｙ）とし、これを図９（ｂ）に示す。
【０１１２】
画像線積分手段８０３では、図９（ｂ）の空間周波数画像Ｇ（ｆｘ，ｆｙ）上の原点を通り、ｆｘ方向の移動量がｄｆｘｋ （ｋ＝０，１，…，Ｋ−１）のＫ種類の積分経路ｋを、図９（ｃ）のように設定し、各経路に沿って空間周波数画像Ｇ（ｆｘ，ｆｙ）の振幅値の線積分を行う。各経路ごとに得られた積分結果を示したのが図９（ｄ）である。積分経路と画像上の直線が一致した時に、積分値はピーク値ｖｍａｘを取る。この時の積分経路のｆｘ方向の移動量をｄｃとすると、式（１４）より、元の画像上の各軌跡のｙ方向移動量ｄｙ＝−ｄｃと得ることができる。画像線積分手段８０３は、こうして得られたｄｙの値を出力する。以下、この値を用いてレンジ補償手段１３でレンジ補償を行う処理については、実施の形態１と同様である。
【０１１３】
本実施の形態８では、以上で説明したように、参照データ列の区分周波数分析によって得られた区分ドップラー周波数分布のヒストリ上の各反射点の軌跡が、それぞれ同じ傾きの直線になるという性質に着目し、さらに、二次元画像上の同じ傾きの任意の直線が、空間周波数画像上で、原点を通り、元の画像上での傾きに依存した傾きの一本の直線上に変換されるという性質を利用して、ドップラー移動量推定問題を空間周波数画像上の定点を通る一本の直線の検出問題として解くため、以下の効果を有する。
【０１１４】
１．本実施の形態８では、ある一つのレンジビンのデータ列に着目するのではなく、全レンジビンのデータ列に着目するため、上記のある反射点の信号がとぎれる問題が発生しない。すなわち、たとえ後段のレンジ補償において、レンジ補償誤差が発生しても、その影響を受けずに位相補償を行えるため、再生画像のぼけの発生を従来方式より抑えることができるという効果がある。
【０１１５】
２．区分ドップラー周波数分布のヒストリ上に各反射点に対応した複数の軌跡が存在し、それらの振幅が時間の経過と共に変化する場合にも、その変動の影響を受けずにドップラー移動量を推定できるので、安定してＩＳＡＲ画像を結像させることができる。
【０１１６】
３．区分ドップラー周波数分布のヒストリ上の複数の反射点の軌跡の電力を、空間周波数画像上の一本の直線上に集めた後にドップラー移動量推定を行うので、耐雑音性能が向上する。
【０１１７】
なお、本実施の形態８では、実施の形態１の改良として、その処理内容を説明したが、従来技術もしくは、これまで示した実施の形態２〜７の改良として適用しても以上の効果を得ることができるのは言うまでもない。
【０１１８】
上述した各実施の形態１ないし８の運動補償回路は、実施の形態１の如く、これを備えたレーダ装置として構成できるのは言うまでもなく、レンジ移動量推定誤差の影響で位相補償推定誤差が増大する問題を回避できてＩＳＡＲ画像の画質劣化の発生を抑えることができるレーダ装置を得ることができる。
すなわち、レーダ装置の構成としては、実施の形態１ないし８の運動補償回路の他に、図１に示すように、移動する目標に対して電波を送信する送信機１と、目標からの反射波を受信する受信機４と、上記受信した反射波から得られた受信信号列をレンジ圧縮してレンジ圧縮した受信信号列を運動補償回路に出力するするレンジ圧縮手段５と、運動補償回路の出力である運動補償後のヒストリのクロスレンジ圧縮を行いＩＳＡＲ画像を生成するクロスレンジ圧縮手段８と備えればよい。
【０１１９】
【発明の効果】
以上に説明したように、この発明に係る運動補償回路は、移動する目標に対して電波を送信し、上記目標からの反射波を受信して上記目標の画像を得るため、上記目標の移動に伴う上記目標のドップラー周波数の変化を補償する運動補償回路であって、上記反射波の受信信号列を基に、上記ドップラー周波数の変化の補償量を決定するための参照データ列を、各時刻におけるレンジ方向に並ぶデータ列の総和により生成する総和手段を有するドップラー移動量推定回路を備えたので、レンジ移動量推定誤差の影響で位相補償推定誤差が増大する問題を回避できてＩＳＡＲ画像の画質劣化の発生を抑えることができる。
【０１２０】
また、目標の移動に伴う目標のレンジの変化を補償するレンジ補償回路を有するので、レンジ移動量推定誤差の影響で位相補償推定誤差が増大する問題を回避できてＩＳＡＲ画像の画質劣化の発生を抑えることができる。
【０１２１】
また、位相補償後の受信信号列上に残存する上記目標の移動に伴う上記目標のレンジの変化を補償するレンジ補償回路を有するので、レンジ移動量推定誤差の影響で位相補償推定誤差が増大する問題を回避できてＩＳＡＲ画像の画質劣化の発生を抑えることができる。
【０１２２】
また、上記目標の移動に伴う上記目標のレンジの変化を補償するレンジ補償回路と、レンジ補償後の受信信号列上に残存する上記目標の移動に伴う上記目標のドップラー周波数の変化を補償する位相補償回路を有するので、レンジ移動量推定誤差の影響で位相補償推定誤差が増大する問題を回避できてＩＳＡＲ画像の画質劣化の発生を抑えることができる。
【０１２３】
また、上記レンジ移動量推定回路と上記レンジ移動量推定回路の処理と並列して、上記目標の移動に伴う上記目標のドップラー周波数の変化を補償するドップラー移動量推定回路と、レンジ移動量推定回路の出力である上記目標のレンジ移動量とドップラー移動量推定回路の出力である上記目標のドップラー移動量を元に目標のレンジ移動とドップラー移動を同時に補償する補償手段を有するので、レンジ移動量推定誤差の影響で位相補償推定誤差が増大する問題を回避できてＩＳＡＲ画像の画質劣化の発生を抑えながら、処理に要する時間も抑えることができる。
【０１２４】
また、レンジ補償後のレンジプロフィールのヒストリ上の各レンジの電力の比較により注目レンジビンを決定する注目レンジビン決定手段と、レンジプロフィールのヒストリの切出し幅を蓄積する切出し幅蓄積手段と、注目レンジビンの出力である注目レンジビン番号と、切出し幅蓄積手段の出力であるレンジ方向の切出し幅を基に、レンジ補償回路の出力であるレンジ補償後のレンジプロフィールのヒストリから注目レンジビン番号近傍のデータ列を切り出す切出し手段と、切出し手段の出力である切出し後のレンジプロフィールのヒストリに対してドップラー移動量の推定を行うドップラー移動量推定回路を有するので、レンジ移動量推定誤差の影響で位相補償推定誤差が増大する問題を回避できてＩＳＡＲ画像の画質劣化の発生を抑えながら、耐雑音性能を向上させることができる。
【０１２５】
また、位相補償回路の出力である位相補償後のレンジプロフィールのヒストリのレンジ移動量の値を想定するレンジ移動量想定手段と、各レンジ移動量想定値ごとに、上記位相補償後のレンジプロフィールのヒストリのレンジ補償を行うレンジ補償手段と、各レンジ移動量想定値ごとにレンジ補償された、レンジ及び位相補償後のレンジプロフィールのクロスレンジ圧縮を行ってＩＳＡＲ画像を生成するクロスレンジ圧縮手段と、各レンジ移動量想定値ごとに、クロスレンジ圧縮を行い得られたＩＳＡＲ画像のピーク電力値を算出するピーク電力算出手段と、各レンジ移動量推定値とその時の上記ＩＳＡＲ画像上のピーク電力値を蓄積するピーク電力蓄積手段とピーク電力蓄積手段に蓄積された各レンジ移動量想定値に対応するピーク電力値の比較から上記位相補償後のレンジプロフィールのヒストリ上の各反射点の軌跡のレンジ移動量を推定する蓄積データ比較手段と、レンジ移動量想定手段、レンジ補償手段クロスレンジ圧縮手段、ピーク電力算出手段、ピーク電力蓄積手段、蓄積データ比較手段を含むピーク電力着目レンジ移動量推定回路を有するので、レンジプロフィールのヒストリの振幅情報のみならず位相情報まで用いてレンジ補償を行うことで、レンジ補償精度を向上させることができてＩＳＡＲ画像の画質劣化の発生を抑えることができる。
【０１２６】
また、位相補償回路の出力である位相補償後のレンジプロフィールのヒストリのレンジ移動量の値を想定するレンジ移動量想定手段と、各レンジ移動量想定値ごとに、上記位相補償後のレンジプロフィールのヒストリのレンジ補償を行うレンジ補償手段と、各レンジ移動量想定値ごとにレンジ補償された、レンジ及び位相補償後のレンジプロフィールのクロスレンジ圧縮を行ってＩＳＡＲ画像を生成するクロスレンジ圧縮手段と、各レンジ移動量想定値ごとに、クロスレンジ圧縮を行い得られたＩＳＡＲ画像のエントロピーを算出するエントロピー算出手段と、各レンジ移動量推定値とその時の上記ＩＳＡＲ画像上のエントロピーを蓄積するエントロピー蓄積手段とエントロピー蓄積手段に蓄積された各レンジ移動量想定値に対応するエントロピーの比較から上記位相補償後のレンジプロフィールのヒストリ上の各反射点の軌跡のレンジ移動量を推定する蓄積データ比較手段と、レンジ移動量想定手段、レンジ補償手段クロスレンジ圧縮手段、エントロピー算出手段、エントロピー蓄積手段、蓄積データ比較手段を含むエントロピー着目レンジ移動量推定回路を有するので、レンジプロフィールのヒストリの振幅情報のみならず位相情報まで用いてレンジ補償を行うことで、レンジ補償精度を向上させることができてＩＳＡＲ画像の画質劣化の発生を抑えることができる。
【０１２７】
また、ピーク電力着目レンジ移動量推定回路又はエントロピー着目レンジ移動量推定回路の前段に、レンジプロフィールのヒストリの各ヒットごとの振幅最大レンジビンを検出する振幅レンジビン検出回路と、各ヒットごとの振幅最大レンジビンを平滑化する平滑化回路を含むレンジ移動量推定回路と、レンジ移動量推定回路の誤差範囲をカバーするレンジ移動量の探索範囲を設定する探索範囲設定回路とを含むレンジ移動量推定前処理回路を有するので、レンジプロフィールのヒストリの振幅情報のみならず位相情報まで用いてレンジ補償を行うことで、レンジ補償精度を向上させることができてＩＳＡＲ画像の画質劣化の発生を抑えながら運動補償の要する処理負荷を低減させることができる。
【０１２８】
また、ドップラー移動量推定回路を、参照データ列の区分周波数分析を行う区分周波数分析手段と、区分周波数分析手段の出力である区分ドップラー周波数分布のヒストリの振幅検出を行う振幅検出手段と、振幅検出された区分ドップラー周波数分布のヒストリの二次元フーリエ変換を行う二次元フーリエ変換手段と、二次元フーリエ変換により得られる、区分ドップラー周波数分布のヒストリに対応する空間周波数分布の原点を通るさまざまな積分経路を設定し、各積分経路に沿った積分結果からドップラー移動量を推定する画像線積分手段と、振幅検出手段と二次元フーリエ変換手段と画像線積分手段を含む二次元フーリエ変換型移動量推定回路で構成するので、区分ドップラー周波数分布のヒストリ上に各反射点に対応した複数の軌跡が存在し、それらの振幅が時間の経過と共に変化する場合にも、その変動の影響を受けずにドップラー移動量を推定できるので、安定してＩＳＡＲ画像を結像させることができる。
【０１２９】
さらに、この発明に係るレーダ装置は、移動する目標に対して電波を送信する送信手段と、上記目標からの反射波を受信する受信手段と、上記受信した反射波から得られた受信信号列をレンジ圧縮するレンジ圧縮手段と、上述した運動補償回路と、上記運動補償回路の出力である運動補償後のヒストリのクロスレンジ圧縮を行いＩＳＡＲ画像を生成するクロスレンジ圧縮手段を有するので、レンジ移動量推定誤差の影響で位相補償推定誤差が増大する問題を回避できてＩＳＡＲ画像の画質劣化の発生を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１の構成を示す図である。
【図２】 この発明の実施の形態２の運動補償回路の構成を示す図である。
【図３】 この発明の実施の形態３の運動補償回路の構成を示す図である。
【図４】 この発明の実施の形態４の運動補償回路の構成を示す図である。
【図５】 この発明の実施の形態５のレンジ補償回路の構成を示す図である。
【図６】 この発明の実施の形態６のレンジ補償回路の構成を示す図である。
【図７】 この発明の実施の形態７のレンジ補償回路の構成を示す図である。
【図８】 この発明の実施の形態８のドップラー移動量推定回路の構成を示す図である。
【図９】 この発明の実施の形態８の動作を示す図である。
【図１０】 従来のレーダ装置のブロック構成図である。
【図１１】 従来のレーダ装置のレンジ補償を実現するための構成図である。
【図１２】 従来のレーダ装置の位相補償を実現するための構成図である。
【図１３】 回転運動を行う目標を観測するジオメトリを示す図である。
【図１４】 ＩＳＡＲ画像の一例を示す図である。
【図１５】 並進運動を行う目標を観測するジオメトリを示す図である。
【図１６】 レンジプロフィールのヒストリの最大振幅検出結果の一例を示す図である。
【図１７】 レンジ補償処理を施した後のレンジプロフィールのヒストリにおける最大振幅検出結果の一例を示す図である。
【図１８】 区分周波数分析手段の処理内容を説明する図である。
【図１９】 区分周波数分布のヒストリの最大振幅検出結果の一例を示す図である。
【符号の説明】
１ 送信機、４ 受信機、５ レンジ圧縮手段、６，６Ａ，６Ｂ，６Ｃ レンジ補償回路、７Ａ，７Ｂ 位相補償回路、８ クロスレンジ圧縮回路、１０ 振幅最大レンジビン検出回路、１１ 平滑化回路、１２ レンジ移動量推定回路、１３ レンジ補償手段、１４ 注目レンジビン決定手段、１５ 区分周波数分析手段、１６Ａ，１６Ｂ ドップラー移動量推定回路、１８ 位相補償量算出手段、１９ 位相補償手段、２０ 目標、２１ レーダ装置、２２ 目標のＩＳＡＲ画像、２３ 注目レンジビンの受信信号列、２４ 区分周波数分布のヒストリ、２５ ドップラー移動量推定手段、２６，２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｄ 運動補償回路、１０１ 総和手段、３０１ レンジ＆位相補償手段、４０１ 切出し手段、４０２ 切出し幅蓄積手段、５０１ レンジ移動量想定手段、
５０２ ピーク電力算出手段、５０３ ピーク電力蓄積手段、５０４ 蓄積データ比較手段、５０５ ピーク電力着目レンジ移動量推定回路、６０１ エントロピー算出手段、６０２ エントロピー蓄積手段、６０３ エントロピー着目レンジ移動量推定回路、７０１ 探索範囲設定回路、７０２ レンジ移動量推定前処理回路、８０１ 振幅検出手段、８０２ 二次元フーリエ変換手段、８０３ 画像線積分手段、８０４ 二次元フーリエ変換型移動量推定回路。
【発明の属する技術分野】
この発明は、移動する目標に対して電波を送信し、目標からの反射波を受信して上記目標の画像を得る際、目標の移動に伴う目標のレンジ及びドップラー周波数の変化を補償する運動補償回路及び当該運動補償回路を備えて高い分解能を得るためのレーダ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種のレーダ装置は、一般に高分解能レーダ装置と呼ばれ、例えば、Donald R. Wehner, “High Resolution Radar”, Artech House, INC. 1987, pp273‐339に記載されているＩＳＡＲ(Inverse Synthetic Aperture Radar)、及び特開平７−９２２５７号公報に記載のものがある。
【０００３】
図１０は上記文献に従って構成したレーダ装置のブロック構成図である。
図１０において、１は送信機、２は送受切換器、３は送受信アンテナ、４は受信機、５はレンジ圧縮手段、６はレンジ補償回路、７は位相補償回路、８はクロスレンジ圧縮回路、９はモニタ・テレビ（以下、モニタＴＶと呼ぶ）、２６は運動補償回路である。
【０００４】
図１１は、図１０に示すレーダ装置のブロック構成図におけるレンジ補償回路６の内容を記した構成図である。
図１１において、１０は振幅最大レンジビン検出回路、１１は平滑化回路、１２はレンジ移動量推定回路、１３はレンジ補償手段である。
【０００５】
また、図１２は、図１０に示すレーダ装置のブロック構成図における位相補償回路７の内容を記した構成図である。
図１２において、１４は注目レンジビン決定手段、１５は区分周波数分析手段、１６はドップラー移動量推定回路、１７は振幅最大周波数検出回路、１８は位相補償量算出手段、１９は位相補償手段、２５はドップラー移動量推定手段である。
【０００６】
次に、上記構成に係るレーダ装置の動作原理について、回転運動を行う目標を観測するジオメトリである図１３、図１３のジオメトリで観測した結果得られたＩＳＡＲ画像の一例を示す図１４、並進運動を行う目標を観測するジオメトリである図１５、レンジプロフィールのヒストリの最大振幅検出結果の一例を示す図１６、レンジ補償処理を施した後のレンジプロフィールにおける最大振幅検出結果のヒストリの一例を示す図１７、区分周波数分析手段１５の処理内容を説明する図１８、及び区分周波数分布のヒストリの最大振幅検出結果の一例を示す図１９の各図面を用いて説明する。
【０００７】
まず、ＩＳＡＲの画像再生の原理について説明する。
図１３に示す通り、ｘ−ｙ平面の原点に設置されたレーダ装置２１で、レンジｒ０の点ｏを通り紙面に垂直な軸を中心に角速度ωで反時計周りで回転する目標２０を観測するジオメトリを考える。
【０００８】
図１０に示す構成において、まず、送信機１では、時間とともに周波数が変化する信号（チャープ）に変調された高周波パルスを発生し、送受切換器２を介して送受信アンテナ３に供給する。目標２０で反射された信号（エコー）は、送受信アンテナ３に入り、送受切換器２を介して受信機４で復調される。
【０００９】
この復調された信号は、送信信号の瞬時周波数に対しレーダ装置２１と目標２０の間の電波伝搬の往復に要する時間分遅延したものであるから、レンジ圧縮手段５において、送信信号ｓ（ｔ）を用いて受信信号ｒ（ｔ）にマッチドフィルターをかけること、すなわち、式（１）に示すように、送信信号ｓ（ｔ）の共役信号ｓ*（ｔ）と受信信号ｒ（ｔ）とのコンボリューションを求めることにより、遅延に相当した時間にインパルスｖ（ｔ）（以下では、レンジプロフィールと呼ぶ）を得ることができる。このことにより、レンジ分解能が向上する。
【００１０】
【数１】
レーダが送信を繰り返すごとに上記レンジ圧縮された信号が得られるから、レーダの送信（ヒット）ごとにレンジ圧縮された信号をまとめることにより、レンジｒとヒットｈを軸とする二次元複素信号ｖ（ｈ、ｒ）（以下では、レンジプロフィールのヒストリと呼ぶ）が得られる。
レンジｒと時間ｔの間には、ｒ＝（Δｒ／Δｔ）・ｔなる関係がある。ここで、Δｔはサンプリング間隔（＝１／Ｂ、Ｂは送信帯域）、Δｒはレンジ分解能（＝Ｃ／２Ｂ、Ｃは光速）である。
【００１２】
目標２０が図１５に示すような運動、すなわち並進運動を行う場合には、レーダ装置２１から目標２０までの距離の変化の影響を補償することにより、並進運動を行う目標２０を、等価的に、図１３に示すような回転運動を行う目標２０とみなすことができる。
レーダ２１と目標２０の間の距離の変化を補償するレンジ補償回路６、位相補償回路７の動作は後述することにし、以下では、目標２０が回転運動を行うもの、もしくは何等かの方法でレーダ装置２１から目標２０までの距離の変化の影響を補償されたものとする。
【００１３】
クロスレンジ圧縮手段８では、レンジプロフィールのヒストリｖ（ｈ、ｒ）を、式（２）に従って、各レンジごとに、ヒット方向にフーリエ変換することにより、レンジ、クロスレンジの両方について圧縮された複素信号ｕ（ｃ、ｒ）を得る。ここに、ｃはクロスレンジ（方位）方向を示す。
【００１４】
【数２】
上式で、ｈｎｕｍはヒット数、ｒｎｕｍはレンジビン数である。この処理は、クロスレンジ方向の分解能を改善する効果がある。以下、この原理を説明する。
【００１６】
図１３に示す運動を行う目標上のある部位（例えば点ａ）で反射した信号のドップラー周波数ｆｄは次の式（３）で表される。
【００１７】
【数３】
ここで、λは送信波長、ｘは反射を生じた部位の回転半径、θ（ｈ）は観測の基準となるＬＯＳ（Line Of Sight）を基準とした目標部位の角度である。
式（３）により、同じ角度θ上の点では、回転軸からの距離ｘに比例して、目標上のそれぞれの部位からの反射信号のドップラー周波数が変わる。
従って、複素信号ｕ（ｃ、ｒ）は、回転軸によって定まる投影面に目標を投影した画像を表していることになる。
【００１９】
レンジ圧縮手段５とクロスレンジ圧縮手段８により、レンジ方向、クロスレンジ方向の両方について分解能が向上した複素信号ｕ（ｃ、ｒ）は、その絶対値が目標のレーダ反射断面積に対応するから、モニタＴＶ９上のレンジｒ、クロスレンジｃの二次元平面にｕ（ｃ、ｒ）の絶対値またはその二乗に応じた輝度で表示を行うことにより、図１４に示すような、レンジとクロスレンジの両方について高分解能化された目標のＩＳＡＲ画像２２を表示することができる。
ここで、画像上で、例えばａ点は、目標上でレーダに近い位置にあるので、レンジが小さく、かつ、回転運動によりレーダから遠ざかる運動をしているのでドップラー周波数が小さくなっている。
【００２０】
次に、上記説明で省略した、目標の並進運動の影響を補償する処理について説明する。
観測時間内のｔ０、ｔ１、ｔ２という時間において、並進運動により、図１５のように位置が変化する目標２０のＩＳＡＲ画像を生成する場合、各ヒットごとに得られたレンジプロフィールのヒストリｖ（ｈ，ｒ）をそのままヒット方向にフーリエ変換するだけでは、目標上の各点（例えば点ａ）が観測時間中にレンジ方向に移動するため、レンジ、クロスレンジ方向にきちんと圧縮されず、結果として画像にぼけが生じてしまうのは、式（２）において、各レンジごとにフーリエ変換を行うというその処理内容より明らかである。
従って、ぼけのない鮮明な画像を得るためには、目標上の各々の点を観測時間中、同一レンジビン内に固定するための補償処理を必要とする。
この処理をレンジ補償処理と呼ぶ。
【００２１】
レンジ補償処理を行うレンジ補償回路６の処理内容について説明する。
目標が図１５に示す運動を行う場合について考える。
ここで、電波の反射をする点は、図中ａ、ｂ、ｃの三点のみとし、このうち、ｂ点とｃ点は常に同じレンジビンにあるものとする。
【００２２】
図１１に示すレンジ補償回路６の構成において、まず、レンジ移動量推定回路１２によりレンジ追尾を行う。レンジ移動量推定回路１２の中の振幅最大レンジビン検出回路１０では、各ヒットごとに、レンジプロフィールの振幅が最大となるレンジビンを検出する。
【００２３】
その結果の例を図１６に示す。同図で横軸はヒット、縦軸はレンジであり、図中太実線で示した部分が、各ヒットのレンジプロフィールで振幅が最大となるレンジビンを示しているものとする。ａ、ｂ、ｃは同一目標上の点であり、実際は、図中の点線に示されるように、同じ変化率でレンジが変化しているはずであるが、見込み角の変化に従う各点のレーダ断面積の変化や、同一レンジビン内に複数の反射点が存在する場合の干渉などの影響で、観測時間中に各点の存在するレンジビンの振幅が変動するため、振幅最大レンジビンの位置の変化に不連続な部分が発生する。
【００２４】
この振幅最大レンジビンの位置の時間変化に対して平滑化回路１１では、例えば最小二乗法などを用いて平滑化することにより、図中点線で示した、上述の目標のレンジの実際の時間変化を得る事ができる。このレンジの時間変化を観測時間中のレンジ方向の移動量を表すレンジ移動量ｓで定義する。
【００２５】
レンジ補償手段１３では、レンジ移動量推定回路１２で得られたシフト量から、各ヒットにおけるレンジ補償量ｓｆ（ｈ）を式（４）により得る。
【００２６】
【数４】
次に、式（４）で得られたレンジ補償量ｓｆ（ｈ）を用いて、各ヒットｈにおけるレンジプロフィールのヒストリｖ（ｈ、ｒ）をレンジ方向に補償し、レンジ補償後のレンジプロフィールのヒストリｖ２（ｈ、ｒ）を得る。
レンジ補償後のレンジプロフィールのヒストリｖ２（ｈ、ｒ）で、各ヒットごとに、レンジプロフィールの振幅が最大となるレンジビンを検出した結果は、図１７に示すようにそれぞれの点の反射信号が同一レンジビンに並ぶ。
【００２８】
上記レンジ補償処理回路５によるレンジ補償処理により、観測時間中の各点のレンジビンを超えた距離変化については除去することができたが、レンジビン内の距離変化については除去できていない。
一般に、目標が加速運動、旋回運動をする時は勿論の事、等速直線運動を行う場合でも、進行方向がＬＯＳ軸に沿った方向で無い限り、その距離変化は、線形な成分に加えて、非線形な加速度成分も含む。
このうちの加速度成分の影響で、各点よりの反射信号のドップラー周波数（クロスレンジ）に広がりが生じるため、結果として生成した画像がクロスレンジ方向にぼけてしまう。
上記加速度成分を除去するための補償処理が位相補償処理である。
【００２９】
以下では、この位相補償処理を行う位相補償回路７の処理内容について説明する。
並進運動に伴う上記加速度成分は、すべてのレンジビンに対してほぼ等しく加わるため、ある一つのレンジビンに着目して、そのレンジビンに加わる加速度成分を推定し、その推定結果を用いて、すべてのレンジビンの位相補償を行う。
【００３０】
図１２に示す位相補償回路７の構成において、注目レンジビン決定手段１４では、レンジ補償後のレンジプロフィールｖ２（ｈ、ｒ）の各レンジｒにおける平均電力を算出し、その値を最大とするレンジビンを注目レンジビンとして、そのレンジビンの受信信号列ｗ（ｈ）を出力する。例えば図１５のジオメトリの例では、点ｂ、ｃを含むレンジビンが注目レンジビンとして選択されたものとする。
【００３１】
次に、区分周波数分析手段１５では、式（５）に従い、図１８に示した注目レンジビンの受信信号列ｗ（ｈ）２３を長さΔｈで区分フーリエ変換して区分周波数分布のヒストリｆｓ（ｈ’，ｆ）２４を求める。
【００３２】
【数５】
ドップラー移動量推定手段２５では、得られた区分周波数分布のヒストリｆｓ（ｈ’，ｆ）の追尾を行う。
まず、振幅最大周波数検出回路１７では、各ヒットｈ’ごとに、周波数分布の振幅が最大となるドップラービンを検出する。その結果の例を図１９に示す。同図で横軸はヒット、縦軸はドップラービンであり、図中太実線で示した部分が、各ヒットの周波数分布で振幅が最大となるドップラーを示しているものとする。見込み角の変化に従うレーダ断面積の変化のため、振幅最大周波数の位置が変動すること、および、周波数の折り返しの影響で、その位置の変化に不連続な部分が発生する。
【００３４】
これに対し、レンジ補償回路６のレンジ移動量推定回路１２と同様に、平滑化回路１１により平滑化を行うことにより、図中点線で示した、上述の目標のドップラーの実際の時間変化を得ることができる。
この時間変化を観測時間中のドップラー方向の移動量を表すシフト量ｓで定義する。
位相補償量算出手段１８では、式（６）に従い、位相補償量ｐｈ（ｈ）を計算する。
【００３５】
【数６】
さらに、位相補償手段１９では、位相補償量算出手段１８で得られた位相補償量ｐｈ（ｈ）を用いて、式（７）により、レンジ補償後のレンジプロフィールのヒストリｖ２（ｈ、ｒ）の位相補償を行い、最終的なレンジプロフィールのヒストリｖＬ（ｈ、ｒ）を得る。
【００３７】
【数７】
以上の処理を経る事により、並進運動を行う目標に関して、目標上の各点のレンジビンを超える移動、位相の二次の変動を補償することができるため、並進運動を伴わず、回転運動のみを行う目標と同様に鮮明な高分解能画像が得られる。
【００３９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来のレーダ装置では、レンジ補償誤差が発生した場合に、その影響で位相補償誤差までが増大するため、ＩＳＡＲ画像の画質の劣化が生じやすいという問題があった。
【００４０】
また、レンジ補償回路６によるレンジ補償が終わった後に位相補償回路７による位相補償を行う必要があるため、運動補償に要する時間が増大するという問題があった。
【００４１】
さらに、レンジ補償において、レンジプロフィールのヒストリの振幅分布のみに着目して、位相の情報を用いないため、レンジ補償の精度が悪いためＩＳＡＲ画像の画質の劣化が生じやすいという問題があった。
【００４２】
また、位相補償の際に、ある一つの反射点の軌跡のドップラー周波数の時間変化のみに着目して位相補償量を推定するために、複数の反射点の軌跡が存在して、その反射強度がそれぞれ時間の経過とともに変化する場合に、位相補償量推定誤差が発生してＩＳＡＲ画像の画質の劣化が生じやすいという問題があった。
【００４３】
この発明はかかる問題点を解消するためになされたもので、目標の運動により生ずる反射波のドップラーの変化に基づき目標の高分解能画像を得る際、目標のレンジ移動量の補償誤差の影響で目標の位相補償誤差が増大する問題を回避することができ、ＩＳＡＲ画像の画質劣化の発生を抑えることができる可能な運動補償回路及び運動補償回路を備えたレーダ装置を得ることを目的とするものである。
【００４４】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る運動補償回路は、移動する目標に対して電波を送信し、上記目標からの反射波を受信して上記目標の画像を得る際、上記目標の移動に伴う上記目標のレンジ及びドップラー周波数の変化を補償する運動補償回路であって、受信信号列の入力に基づいて各時刻におけるレンジ方向に並ぶデータ列の総和を生成する総和手段と、当該総和手段の出力を区分周波数分析して区分周波数分布のヒストリを得る区分周波数分析手段と、当該区分周波数分析手段の出力からドップラー移動量の推定を行うドップラー移動量推定手段とからなるドップラー移動量推定回路と、上記ドップラー移動量推定回路からのドップラー移動量に基づいて上記受信信号列からドップラー周波数の時間変化成分を除去した位相補償後の受信信号列を出力する位相補償手段とを有する位相補償回路を備えたことを特徴とするものである。
【００４５】
また、受信信号列を入力して上記目標の移動に伴う上記目標のレンジの変化を補償しレンジ補償後の受信信号列を出力するレンジ補償回路をさらに備えたことを特徴とするものである。
【００４６】
また、上記レンジ補償回路は、上記位相補償回路からの位相補償後の受信信号列を入力して当該受信信号列上に残存する上記目標の移動に伴う上記目標のレンジの変化を補償することを特徴とするものである。
【００４７】
また、上記レンジ補償回路は、受信した上記反射波の受信信号列を入力して上記目標の移動に伴う上記目標のレンジの変化を補償しレンジ補償後の受信信号列を出力すると共に、上記位相補償回路は、上記レンジ補償回路からのレンジ補償後の受信信号列を入力して位相補償し位相補償後の受信信号列を出力することを特徴とするものである。
【００４８】
また、上記ドップラー移動量推定回路は、上記反射波の受信信号列を入力してドップラー移動量の推定を行うと共に、当該ドップラー移動量推定回路によるドップラー移動量の推定処理と平行して、上記反射波の受信信号列を入力して各時刻におけるレンジ方向のレンジ移動量を推定するレンジ移動量推定回路をさらに備え、上記位相補償手段は、上記反射波の受信信号列を入力して上記ドップラー移動量推定回路からのドップラー移動量及び上記レンジ移動量推定回路からのレンジ移動量に基づいて位相補償及びレンジ補償を同時に行い位相補償及びレンジ補償された受信信号列を出力することを特徴とするものである。
【００４９】
また、レンジプロフィールのヒストリの切出し幅を蓄積する切出し幅蓄積手段をさらに備えると共に、上記レンジ補償回路と上記位相補償回路のドップラー移動量推定回路との間に、上記レンジ補償回路の出力であるレンジ補償後のレンジプロフィールのヒストリ上の各レンジの電力の比較により注目レンジビンを決定して注目レンジビン番号を出力する注目レンジビン決定手段と、当該注目レンジビン決定手段からの注目レンジビン番号と上記切出し幅蓄積手段からのレンジ方向の切出し幅とに基づいて上記レンジ補償回路の出力であるレンジ補償後のレンジプロフィールのヒストリから注目レンジビン番号近傍のデータ列を切り出して切出し後のレンジプロフィールのヒストリを上記ドップラー移動量推定回路に出力する切出し手段とをさらに備えたことを特徴とするものである。
【００５０】
また、上記レンジ補償回路は、上記位相補償回路の出力である位相補償後のレンジプロフィールのヒストリのレンジ移動量の値を想定するレンジ移動量想定手段と、各レンジ移動量想定値ごとに上記位相補償後のレンジプロフィールのヒストリのレンジ補償を行うレンジ補償手段と、各レンジ移動量想定値ごとにレンジ補償された、レンジ及び位相補償後のレンジプロフィールのクロスレンジ圧縮を行いＩＳＡＲ画像を生成するクロスレンジ圧縮手段と、各レンジ移動量想定値ごとにクロスレンジ圧縮を行い得られたＩＳＡＲ画像のピーク電力値を算出するピーク電力算出手段と、各レンジ移動量推定値とその時の上記ＩＳＡＲ画像上のピーク電力値を蓄積するピーク電力蓄積手段と、当該ピーク電力蓄積手段に蓄積された各レンジ移動量想定値に対応するピーク電力値の比較から上記位相補償後のレンジプロフィールのヒストリ上の各反射点の軌跡のレンジ移動量を推定する蓄積データ比較手段とからなるピーク電力着目レンジ移動量推定回路と、上記位相補償回路の出力である位相補償後のレンジプロフィールのヒストリを入力して上記ピーク電力着目レンジ移動量推定回路からの各レンジ移動量想定値ごとにレンジ補償を行いレンジ補償後のレンジプロフィールのヒストリを出力するレンジ補償手段とを有することを特徴とするものである。
【００５１】
また、上記レンジ補償回路は、上記位相補償回路の出力である位相補償後のレンジプロフィールのヒストリのレンジ移動量の値を想定するレンジ移動量想定手段と、各レンジ移動量想定値ごとに、上記位相補償後のレンジプロフィールのヒストリのレンジ補償を行うレンジ補償手段と、各レンジ移動量想定値ごとにレンジ補償された、レンジ及び位相補償後のレンジプロフィールのクロスレンジ圧縮を行ってＩＳＡＲ画像を生成するクロスレンジ圧縮手段と、各レンジ移動量想定値ごとに、クロスレンジ圧縮を行い得られたＩＳＡＲ画像のエントロピーを算出するエントロピー算出手段と、各レンジ移動量推定値とその時の上記ＩＳＡＲ画像上のエントロピーを蓄積するエントロピー蓄積手段と、当該エントロピー蓄積手段に蓄積された各レンジ移動量想定値に対応するエントロピーの比較から上記位相補償後のレンジプロフィールのヒストリ上の各反射点の軌跡のレンジ移動量を推定する蓄積データ比較手段とからなるエントロピー着目レンジ移動量推定回路と、上記位相補償回路の出力である位相補償後のレンジプロフィールのヒストリを入力して上記エントロピー着目レンジ移動量推定回路からの各レンジ移動量想定値ごとにレンジ補償を行いレンジ補償後のレンジプロフィールのヒストリを出力するレンジ補償手段とを有することを特徴とするものである。
【００５２】
また、上記ピーク電力着目レンジ移動量推定回路またはエントロピー着目レンジ移動量推定回路の前段に、レンジプロフィールのヒストリの各ヒットごとの振幅最大レンジビンを検出する振幅レンジビン検出回路と、各ヒットごとの振幅最大レンジビンを平滑化する平滑化回路とを有するレンジ移動量推定回路と、上記レンジ移動量推定回路の誤差範囲をカバーするレンジ移動量の探索範囲を設定する探索範囲設定回路とを有するレンジ移動量推定前処理回路をさらに備えたことを特徴とするものである。
【００５３】
また、上記ドップラー移動量推定手段は、上記区分周波数分析手段の出力である区分ドップラー周波数分布のヒストリの振幅検出を行う振幅検出手段と、振幅検出された区分ドップラー周波数分布のヒストリの二次元フーリエ変換を行う二次元フーリエ変換手段と、二次元フーリエ変換により得られる、区分ドップラー周波数分布のヒストリに対応する空間周波数分布の原点を通るさまざまな積分経路を設定し、各積分経路に沿った積分結果からドップラー移動量を推定する画像線積分手段とからなることを特徴とするものである。
【００５４】
さらに、この発明に係るレーダ装置は、上述した運動補償回路の他に、移動する目標に対して電波を送信する送信手段と、上記目標からの反射波を受信する受信手段と、上記受信した反射波から得られた受信信号列をレンジ圧縮してレンジ圧縮した受信信号列を上記運動補償回路に出力するするレンジ圧縮手段と、上記運動補償回路の出力である運動補償後のヒストリのクロスレンジ圧縮を行いＩＳＡＲ画像を生成するクロスレンジ圧縮手段とをさらに備えたことを特徴とするものである。
【００５５】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本実施の形態１に係る運動補償回路及びレーダ装置の構成を示す図である。
図１において、図１０に示す部分と同一部分は同一符号を付してその説明は省略する。新たな符号として、２６Ａは、移動する目標に対して電波を送信し、目標からの反射波を受信して目標の画像を得る際、目標の移動に伴う目標のレンジ及びドップラー周波数の変化を補償する運動補償回路であり、位相補償回路７Ａと、位相補償後の受信信号列を入力して当該受信信号列上に残存する目標の移動に伴う目標のレンジの変化を補償するレンジ補償回路６とを備えている。
【００５６】
ここで、上記位相補償回路７Ａは、受信信号列の入力に基づいて各時刻におけるレンジ方向に並ぶデータ列の総和を生成する総和手段１０１と、当該総和手段１０１の出力を区分周波数分析して区分周波数分布のヒストリを得る区分周波数分析手段１５と、当該区分周波数分析手段１５の出力からドップラー移動量の推定を行うドップラー移動量推定手段２５とからなるドップラー移動量推定回路１６Ａと、上記ドップラー移動量推定回路１６Ａからのドップラー移動量に基づいて位相補償量を算出する位相補償量算出手段１８と、算出された位相補償量に基づいて上記受信信号列からドップラー周波数の時間変化成分を除去した位相補償後の受信信号列を出力する位相補償手段１９とを備えている。
【００５７】
次に、図１を用いて本実施の形態１の処理内容を説明する。
送信機１で高周波パルスを生成して目標に照射し、受信信号をレンジ圧縮手段５でレンジ圧縮するまでの処理は従来例と同一である。本実施の形態１では、図１（ａ）中の運動補償回路２６Ａの構成に示されているように、位相補償回路７Ａによりレンジ圧縮手段５で得られたレンジプロフィールのヒストリｖ（ｈ，ｒ）の位相補償を行った後に、レンジ補償回路６Ａによりレンジ補償を行う点が従来例と異なる。
【００５８】
まず、位相補償回路７Ａ中の総和手段１０１では、各ヒットごとに、レンジプロフィールのヒストリ上のレンジ方向のデータ列を次式（８）により総和して、参照データ列ｗ（ｈ）を得る。
【００５９】
【数８】
得られたデータ列ｗ（ｈ）には、各ヒットにおける全反射点の受信信号が含まれるので、これを区分周波数分析手段１５で区分周波数分析して得られる区分周波数分布のヒストリ上には、全反射点のドップラー周波数の時間変化を表す軌跡が現れる。すなわち、以下、従来技術と同様に、ドップラー移動量推定手段２５でドップラー移動量の推定を行い、得られたドップラー移動量から位相補償量算出手段１８で位相補償量を算出し、得られた位相補償量を用いて位相補償手段１９で位相補償することで、レンジプロフィールのヒストリ上のドップラー周波数の時間変化成分を除去することができる。つまり、位相補償後のレンジプロフィールのヒストリｖ１（ｈ，ｒ）を得ることができる。
【００６１】
位相補償後のレンジプロフィールのヒストリｖ１（ｈ，ｒ）は、レンジプロフィールのヒストリｖ（ｈ，ｒ）と比較して位相の分布が異なるのみで、振幅分布は等しい。従来技術におけるレンジ補償回路６では、レンジ圧縮手段５の出力であるレンジプロフィールのヒストリｖ（ｈ，ｒ）の振幅分布に着目してレンジ補償を行うことから、ここでのレンジ補償回路６の動作は従来方式と同一になる。すなわち、以上の処理により、レンジプロフィールのヒストリ上の各反射点のレンジの移動およびドップラー周波数の移動成分を除去できる。
【００６２】
運動補償回路２６Ａにより運動補償を行った後のレンジプロフィールのヒストリをクロスレンジ圧縮回路８でクロスレンジ圧縮してＩＳＡＲ画像を生成し、これをモニタＴＶ９で表示する処理は、従来の技術と同一である。
従来技術では、レンジ補償後のレンジプロフィールのヒストリ上の、ある一つのレンジビンのみのデータ列を切出してこれを位相補償のための参照データ列ｗ（ｈ）とした。そのため、レンジ補償誤差が発生した場合には、ある注目する反射点の信号が参照データ列の途中でとぎれてしまい、結果として位相補償の精度まで劣化してしまうという問題があった。
【００６３】
本実施の形態１では、ある一つのレンジビンのデータ列に着目するのではなく、全レンジビンのデータ列に着目するため、上記のある反射点の信号がとぎれる問題が発生しない。すなわち、たとえ後段のレンジ補償において、レンジ補償誤差が発生しても、その影響を受けずに位相補償を行えるため、再生画像のぼけの発生を従来方式より抑えることができるという効果がある。
【００６４】
実施の形態２．
図２は、本実施の形態２における運動補償回路２６Ｂの構成を示す図である。図２において、レンジ補償回路６は図１１に示す従来例と同一であり、また、位相補償回路７Ａは、図１に示す実施の形態１と同一である。
【００６５】
以下、図１及び図２を用いて、本実施の形態２の処理内容を説明する。
本実施の形態２における処理は、運動補償回路２６Ｂを除いて実施の形態１と同様である。本実施の形態２では、運動補償回路２６Ｂ内のレンジ補償回路６と位相補償回路７Ａの処理順序のみが、実施の形態１と異なる。
まず、レンジ補償回路６では、レンジ圧縮手段５で得られたレンジプロフィールのヒストリｖ（ｈ，ｒ）に対して従来の技術と同様にレンジ補償を行う。
【００６６】
次に、位相補償回路７Ａでは、図１（ｂ）に示した構成で位相補償を行う。
レンジ補償後のレンジプロフィールのヒストリｖ１（ｈ，ｒ）に対して、総和手段１０１で、実施の形態１と同様に各ヒットごとに全レンジビンのデータ列を総和して、参照データ列ｗ（ｈ，ｒ）を生成する。以下、区分周波数分析手段１５から位相補償手段１９までの処理は実施の形態１と同一である。
【００６７】
すなわち、位相補償回路７Ａの前段のレンジ補償回路６でレンジ補償誤差が存在した場合にも、レンジ補償後の受信信号列を入力して総和手段１０１で参照データ列を生成することで、誤差の影響を受けずに位相補償を行えるため、実施の形態１と同様、再生画像のぼけの発生を従来方式より抑えることができるという効果がある。
【００６８】
実施の形態３．
図３は、本実施の形態３における運動補償回路２６Ｃの構成を示す図である。図３において、新たな符号として、３０１はレンジ＆位相補償手段である。レンジ移動量推定回路１２は図１１と同一であり、ドップラー移動量推定回路１６Ａは図１と同一である。
【００６９】
以下、図１、図３、図１２を用いて、本実施の形態３の処理内容を説明する。本実施の形態３では、運動補償回路２６の処理のみが実施の形態１と異なる。従来の位相補償回路７では、図１２に示したように、注目レンジビン決定手段１４で注目レンジビンを決定し、このレンジビンのデータ列を参照データ列ｗ（ｈ）としたため、位相補償回路７におけるドップラー移動量推定回路１６の前段には、レンジ補償回路６を必ず必要とした。
【００７０】
しかし、ドップラー移動量推定回路１６Ａの構成を図１（ｂ）のようにすることで、実施の形態１同様、前段にレンジ補償回路６が存在する必要がなくなる。つまり、レンジ移動量推定回路１２、ドップラー移動量推定回路１６Ａのいずれも、レンジ圧縮手段５の直後に配置することが可能となる。すなわち、運動補償回路２６Ｃを、図３に示すように、レンジ移動量推定回路１２、ドップラー移動量推定回路１６Ａが並列になるように構成することができる。
【００７１】
いずれの移動量推定回路においても、従来技術もしくは、実施の形態１と同様に、移動量を得ることができる。レンジ移動量推定回路１２で得られたレンジ移動量をｓ１、ドップラー移動量推定回路１６Ａで得られたドップラー移動量をｓ２とする。レンジ＆位相補償手段３０１では、式（４）、（６）より、レンジ補償量ｓｆ（ｈ）、位相補償量ｐｈ（ｈ） （ｈ＝０，１，…，ｈｎｕｍ−１）をそれぞれ得ることができる。そこで、レンジ＆位相補償手段３０１では、これらの値を用いて、次式（９）によりレンジ補償および位相補償を同時に行い、レンジ及び位相補償後のレンジプロフィールのヒストリｖＬ（ｈ，ｒ）を得ることができる。
【００７２】
【数９】
本実施の形態３では、運動補償回路２６Ｃをドップラー移動量移動量推定回路１６Ａとレンジ移動量推定回路１２を並列に構成するので、実施の形態１、実施の形態２と同様、レンジ移動量推定誤差の影響を受けることなしに、ドップラー移動量を推定できるので、再生画像のぼけの発生を従来方式より抑えることができるという効果がある。さらに、ドップラー移動量の推定とレンジ移動量の推定を同時に並列して行うことで、運動補償に要する時間を短縮できるという利点がある。また、それぞれ得られたレンジ移動量とドップラー移動量を用いて、レンジ補償と位相補償を一つの回路で同時に行うので、構成が簡単になるという利点がある。
【００７４】
実施の形態４．
図４は本実施の形態４の運動補償回路２６Ｄの構成を示す図である。
図４において、新たな符号として、７Ｂは本実施の形態４に係る位相補償回路、４０１は注目レンジビン決定手段１４からの注目レンジビン番号と後述する切出し幅蓄積手段４０２からのレンジ方向の切出し幅とに基づいてレンジ補償回路６の出力であるレンジ補償後のレンジプロフィールのヒストリから注目レンジビン番号近傍のデータ列を切り出して切出し後のレンジプロフィールのヒストリをドップラー移動量推定回路１６Ａに出力する切出し手段、４０２はレンジプロフィールのヒストリの切出し幅を蓄積する切出し幅蓄積手段である。なお、レンジ補償回路６は図１１と同一、注目レンジビン決定手段１４は図１２と同一であり、ドップラー移動量推定回路１６Ａ、位相補償量算出手段１８、位相補償手段１９、２６は図１と同一である。
【００７５】
次に、図１、図４を用いて、本実施の形態４の処理内容を説明する。
本実施の形態４の運動補償回路２６Ｄの構成は、位相補償回路７Ｂの構成で、ドップラー移動量推定回路１６Ａの前段に注目レンジビン決定手段１４と切出し手段４０１を配置している点のみが、実施の形態２と異なる。レンジ圧縮手段５により得られたレンジプロフィールのヒストリｖ（ｈ，ｒ）に対して、レンジ補償回路６でレンジ補償を行う処理は、実施の形態２もしくは従来の技術と同一である。
【００７６】
また、レンジ補償後のレンジプロフィールのヒストリｖ２（ｈ、ｒ）に対して、注目レンジビン決定手段１４で、ドップラー移動量推定の際の参照データを切り出すレンジビンを決定する処理については、従来の技術と同一である。注目するレンジビンをｒｐとする。実施の形態１〜３で述べたように、レンジ補償回路６で得られたレンジ補償後のレンジプロフィールのヒストリｖ２（ｈ，ｒ）においては、数レンジビン程度のレンジ補償誤差が残存じている可能性がある。従って、従来方式のように、レンジビンｒｐのヒット方向のデータ列をそのまま参照データにする方式では、同一の反射点のエコーを追い続けることができなくなり、ドップラー移動量推定誤差が発生する可能性がある。
【００７７】
そこで、切り出し手段４０１では、切り出し幅蓄積手段４０２に蓄積された切り出し幅ｄｒｐを用いて、次式（１０）により、レンジ補償後のレンジプロフィールのヒストリから、データを切り出す。
【００７８】
【数１０】
レンジ補償誤差が存在する場合にも、得られたデータ列ｖｐ（ｈ，ｒ）には、注目する主要な反射点のエコーが含まれている。以下、このデータ列ｖｐ（ｈ，ｒ）をレンジプロフィールのヒストリとみなして、実施の形態１〜３と同様に総和手段１０１で参照データ列ｗ（ｈ）を生成して、ドップラー移動量を推定した後に位相補償を行う。
【００８０】
本実施の形態４では、実施の形態１〜３と同様に、レンジ移動量推定誤差の影響で位相補償誤差が大きくなる問題を回避できる。また、参照データ列ｗ（ｈ）を生成する際に、各ヒットごとに全レンジビンのデータ列を用いるのではなく、注目するレンジビン近傍の数レンジビンのみを用いて生成するので、耐雑音性能が向上する。
【００８１】
実施の形態５．
図５は本実施の形態５のレンジ補償回路６Ａの構成を示す図である。
図５において、新たな符号として、５０１は位相補償回路の出力である位相補償後のレンジプロフィールのヒストリのレンジ移動量の値を想定するレンジ移動量想定手段、５０２は各レンジ移動量想定値ごとにクロスレンジ圧縮を行って得られたＩＳＡＲ画像のピーク電力値を算出するピーク電力算出手段、５０３は各レンジ移動量推定値とその時の上記ＩＳＡＲ画像上のピーク電力値を蓄積するピーク電力蓄積手段、５０４はピーク電力蓄積手段５０３に蓄積された各レンジ移動量想定値に対応するピーク電力値の比較から位相補償後のレンジプロフィールのヒストリ上の各反射点の軌跡のレンジ移動量を推定する蓄積データ比較手段、５０５はピーク電力着目レンジ移動量推定回路である。なお，クロスレンジ圧縮回路８は図１と、レンジ補償手段１３は図１１と同一である。
【００８２】
次に、図１、図５を用いて、本実施の形態５の処理内容を説明する。
本実施の形態５では、図１のレンジ補償回路の部分を図５の構成にしたところが、実施の形態１と異なる。従来のレンジ補償方式においては、レンジ圧縮手段５の直後にレンジ補償を行うために、対象となるレンジプロフィールのヒストリ上では、各反射点のレンジビン移動とともに、ドップラー周波数の移動が同時に発生していた。つまり、各反射点のエコーの位相の変化には未知の二次以上の非線形成分が含まれていたため、従来方式では、レンジプロフィールのヒストリ上の位相情報は無視して振幅分布のみに着目してレンジ補償を行っていた。
【００８３】
これに対し、図１のように、レンジ補償の前段に位相補償を行う場合には、対象となるレンジプロフィールのヒストリ上のドップラ−周波数の移動成分は除去されているので、各反射点の位相変化はヒットに対してリニアな関係にある。
本実施の形態５では、この点に着目し、レンジプロフィールのヒストリ上の振幅分布に加えて、位相情報まで利用してレンジ補償を行う。
【００８４】
レンジ補償回路６Ａには、前段の位相補償回路７Ａの出力である位相補償後のレンジプロフィールのヒストリｖ１（ｈ，ｒ）が入力するものとする。ピーク電力着目レンジ移動量推定回路５０５内のレンジ移動量想定手段５０１には、複数種類のレンジ移動量想定値ｄｋ（ｋ＝０，１，…，Ｋ−１）が記憶されている。レンジ補償手段１３では、各レンジ移動量想定値ｄｋごとにそれを打ち消すためのレンジ補償を行いレンジ補償後のレンジプロフィールのヒストリｖ２ｋ（ｈ，ｒ）を得る。クロスレンジ圧縮手段８では、各レンジ移動量想定値ｄｋごとに、クロスレンジ圧縮すなわち、ヒット方向のフーリエ変換を行い、ＩＳＡＲ画像Ｉｍｇｋ（ｃ，ｒ） （ｃ：クロスレンジビン＝０，１，…，ｈｎｕｍ−１）を得る。
【００８５】
ピーク電力算出手段５０２では、各レンジ移動量想定値ｄｋごとに、ＩＳＡＲ画像Ｉｍｇｋ（ｃ，ｒ）中の各分解能セルの電力のうちの最大値Ｍｘｋを算出する。ピーク電力蓄積手段５０３では、各レンジ移動量ｄｋとその時のＭｘｋをついにして蓄積する。蓄積データ比較手段５０４では、得られたＭｘｋの比較から、レンジプロフィールのヒストリ上の各軌跡の真のレンジ移動量ｄｔｒｕｅを推定する。ここで、すでに位相補償を行っていることから、想定レンジ移動量とレンジプロフィールのヒストリのレンジ移動量が等しい場合には、各反射点は一点に結像することになり、結果として、画像上の各反射点の電力が最大となる。すなわち、ｄｔｒｕｅは、Ｍｘｋを最大とする想定レンジ移動量ｄｋとして求めることができる。得られたレンジ移動量ｄｔｒｕｅを用いて、レンジプロフィールのヒストリｖ１（ｈ、ｒ）のレンジ補償を行う処理については、実施の形態１と同様である。
【００８６】
本実施の形態５では、クロスレンジ圧縮によりＩＳＡＲ画像を生成して画像上の各分解能セルの最大電力を評価指標として、レンジ移動量の推定を行った。これは、前段で位相補償を行って、各反射点の位相変化をヒットに対してリニアにしたから可能となった処理であり、従来方式の構成では不可能である。本実施の形態５の効果としては、従来のレンジプロフィールのヒストリの振幅分布の情報のみを用いてレンジ移動量を推定していたのに対して、位相情報まで用いて推定を行うので、推定精度が向上するとともに、耐雑音性能も向上する点が挙げられる。
【００８７】
実施の形態６．
図６は本実施の形態６のレンジ補償回路６Ｂの構成を示す図である。
図６において、新たな符号として、６０１は各レンジ移動量想定値ごとにクロスレンジ圧縮を行い得られたＩＳＡＲ画像のエントロピーを算出するエントロピー算出手段、６０２は各レンジ移動量推定値とその時の上記ＩＳＡＲ画像上のエントロピーを蓄積するエントロピー蓄積手段、６０３はエントロピー着目レンジ移動量推定回路であり、レンジ補償手段１３は、各レンジ移動量想定値ごとに位相補償後のレンジプロフィールのヒストリのレンジ補償を行い、クロスレンジ圧縮回路８は、各レンジ移動量想定値ごとにレンジ補償された、レンジ及び位相補償後のレンジプロフィールのクロスレンジ圧縮を行ってＩＳＡＲ画像を生成し、蓄積データ比較手段５０４は、エントロピー蓄積手段６０２に蓄積された各レンジ移動量想定値に対応するエントロピーの比較から位相補償後のレンジプロフィールのヒストリ上の各反射点の軌跡のレンジ移動量を推定する。なお、レンジ移動量想定手段５０１は図５のものと同一である。
【００８８】
以下、図１、図５、図６を用いて、本実施の形態６の処理内容を説明する。
本実施の形態６では、図１のレンジ補償回路６を図６のような構成にする点のみが実施の形態１と異なる。また、実施の形態５との比較で述べると、図５におけるピーク電力算出手段５０２がエントロピー算出手段６０１に、ピーク電力蓄積手段がエントロピー蓄積手段６０２になっている点のみが構成上の変化である。
【００８９】
上述した実施の形態５では、位相補償後のレンジプロフィールのヒストリｖ１（ｈ，ｒ）に対して、さまざまなレンジ移動量を想定し、各想定レンジ移動量ごとにレンジ補償、クロスレンジ圧縮を行ってＩＳＡＲ画像を生成し、ＩＳＡＲ画像上の各分解能セルの最大値の比較によりレンジ移動量を推定した。
【００９０】
ところで、分布の偏りを評価する指標にエントロピーがある。エントロピーは、画像の情報量を定量的に示す指標としてしばしば用いられ、ディジタル画像を、その情報量を損なわずに符号化するために必要な最も短い符号長を与えることが知られている。その定義は式（１１）で与えられる。
【００９１】
【数１１】
ここで、ＰＷＲは想定する画像の総電力である。エントロピーはその定義からもわかるように、分布が一様であれば、大きな値を示し、逆に分布に偏りが有ると減少する。すなわち、実施の形態５でピーク電力に着目したのと同様に、エントロピーを用いて画像の結像度の評価を行うことができる。
【００９３】
エントロピー算出手段６０１では、各想定レンジ移動量ｄｋごとに得られたＩＳＡＲ画像Ｉｍｇｋ（ｈ，ｒ）を式（１１）のｔ（ｘ，ｙ）とみなし、その想定移動量に対応したエントロピーＨｋ（ｋ＝０，１，…，Ｋ−１）を算出する。エントロピー蓄積手段６０２では、各レンジ移動量ｄｋとその時のエントロピーＨｋにマイナスを掛けた値（−Ｈｋ）を蓄積する。この値が最大となる場合に、ＩＳＡＲ画像が最も結像していることになる。蓄積データ比較手段５０４では、エントロピー蓄積手段６０２に蓄積された（−Ｈｋ）の値が最大となる想定レンジ移動量ｄｋをレンジプロフィールのヒストリｖ１（ｈ，ｒ）のレンジ移動量の真値ｄｔｒｕｅとみなしてこれを出力する。レンジ補償手段１３以降の処理は、実施の形態５と同様である。
【００９４】
本実施の形態６では、クロスレンジ圧縮によりＩＳＡＲ画像を生成し、得られた画像のエントロピーを評価指標としてレンジ移動量の推定を行った。これは、前段で位相補償を行って、各反射点の位相変化をヒットに対してリニアにしたから可能となった処理であり、従来方式の構成では不可能である。
本実施の形態６の効果としては、従来のレンジプロフィールのヒストリの振幅分布の情報のみを用いてレンジ移動量を推定していたのに対して、位相情報まで用いて推定を行うので、推定精度が向上するとともに、耐雑音性能も向上する点が挙げられる。
【００９５】
実施の形態７．
図７は本実施の形態７のレンジ補償回路６Ｃの構成を示す図である。
図７において、新たな符号として、７０１はレンジ移動量推定回路１２の誤差範囲をカバーするレンジ移動量の探索範囲を設定する探索範囲設定回路、７０２はピーク電力着目レンジ移動量推定回路５０５（またはエントロピー着目レンジ移動量推定回路）の前段に設けられたレンジ移動量推定前処理回路であり、ここで、レンジ移動量推定回路１２は、図１１と同様に、レンジプロフィールのヒストリの各ヒットごとの振幅最大レンジビンを検出する振幅レンジビン検出回路１０と、各ヒットごとの振幅最大レンジビンを平滑化する平滑化回路１１とを有する。レンジ補償手段１３は図１１と同一である。
【００９６】
次に図１、図５、図７、図１１を用いて、本実施の形態７の処理内容を説明する。本実施の形態７では、図１のレンジ補償回路６を図７のような構成にする点のみが実施の形態１と異なる。また、実施の形態５との比較で述べると、図５におけるピーク電力着目レンジ移動量推定回路５０５の前段にレンジ移動量推定前処理回路７０２を設けた点が異なる。レンジ移動量推定前処理回路７０２では、前段の位相補償回路７で位相補償を行って得られたレンジプロフィールのヒストリｖ１（ｈ，ｒ）に対して、従来方式を適用してレンジ移動量を推定する。この結果をｄｒとする。
【００９７】
探索範囲設定回路７０１では、従来方式のレンジ移動量推定誤差範囲をｄｒ近傍のｄｒ−ｄｅ〜ｄｒ＋ｄｅ（ｄｅは誤差範囲設定値）と設定し、この情報をｖ１（ｈ，ｒ）と共にピーク電力着目レンジ移動量推定回路５０５に送る。ピーク電力着目レンジ移動量推定回路５０５では、実施の形態５の動作と同様にｖ１（ｈ，ｒ）のレンジ移動量の想定値ｄｋを設定してそれぞれに対応したＩＳＡＲ画像を生成してピーク電力を評価指標としてレンジ移動量真値ｄｔｒｕｅを推定するが、レンジ移動量の想定範囲を前述のｄｒ−ｄｅ〜ｄｒ＋ｄｅとする。ｄｔｒｕｅが得られた後の処理については、実施の形態５と同一である。
【００９８】
本実施の形態７では、クロスレンジ圧縮によりＩＳＡＲ画像を生成して画像上の各分解能セルの最大電力を評価指標として、レンジ移動量の推定を行った。これは、前段で位相補償を行って、各反射点の位相変化をヒットに対してリニアにしたから可能となった処理であり、従来方式の構成では不可能である。
本実施の形態７の効果としては、従来のレンジプロフィールのヒストリの振幅分布の情報のみを用いてレンジ移動量を推定していたのに対して、位相情報まで用いて推定を行うので、推定精度が向上するとともに、耐雑音性能も向上する点が挙げられる。また、レンジ移動量の推定の前処理を行うことで、実施の形態５に比べて処理負荷を軽減できるという利点も有する。
【００９９】
また、本実施の形態７では、実施の形態５で示したピーク電力着目レンジ移動量推定回路５０５を用いたが、実施の形態６で示したエントロピー着目レンジ移動量推定回路６０３を用いて構成しても同様の効果を得られるのはいうまでもない。
【０１００】
実施の形態８．
図８は本実施の形態８のドップラー移動量推定回路１６Ｂの処理内容を示す図である。
図８において、新たな符号として、８０１は区分周波数分析手段１５の出力である区分ドップラー周波数分布のヒストリの振幅検出を行う振幅検出手段、８０２は振幅検出された区分ドップラー周波数分布のヒストリの二次元フーリエ変換を行う二次元フーリエ変換手段、８０３は二次元フーリエ変換により得られる、区分ドップラー周波数分布のヒストリに対応する空間周波数分布の原点を通るさまざまな積分経路を設定し、各積分経路に沿った積分結果からドップラー移動量を推定する画像線積分手段、８０４は二次元フーリエ変換型移動量推定回路である。なお、区分周波数分析手段１５、総和手段１０１は図１と同一である。
【０１０１】
以下、図１、図８、及び本実施の形態の動作を示す図９を用いて、本実施の形態８の処理内容を説明する。
本実施の形態８では、実施の形態１で図１（ｂ）のように構成したドップラー移動量推定回路１６を図８のように構成した点が、実施の形態１と異なる。レンジ圧縮手段５で得られたレンジプロフィールのヒストリｖ（ｈ，ｒ）に対して、総和手段１０１でドップラー移動量推定のための参照データ列ｗ（ｈ）を生成する区分周波数分析手段１５でｗ（ｈ）の区分フーリエ変換を行い区分周波数分布のヒストリｆｓ（ｈ’、ｆ）を算出する手段については、実施の形態１と同一である。
【０１０２】
二次元フーリエ変換型移動量推定回路８０４では、総和手段１０１で、全レンジビンのデータを用いて参照データ列ｗ（ｈ）を生成したことで、参照データ列に含まれる反射点の数が増加したこと、言い換えると、区分周波数分布のヒストリ上で、各反射点のドップラ−周波数の時間変化を表す軌跡の本数が増加したことを考慮に入れて、ドップラー移動量の推定を行う。
【０１０３】
ここで、区分ドップラ−周波数分布のヒストリ上に現れる各反射点の軌跡間の関係について考えると、これらは、いずれも同じ目標上の点であることから、目標の並進運動によって発生するドップラ−移動量はいずれも等しい。かつ、目標の距離変化成分を時間、すなわちヒットに対するｎ次（ｎ＝０，１，２，…）の変化の和として捉えた場合、一般に、高次の成分ほど小さな値になる。特にドップラー周波数の場合、ヒットに対する一次のドップラー変化成分は、二次の距離変化成分によって発生し、二次以上のドップラー変化成分は、三次以上の距離変化成分によって発生することと、区分周波数分析では、周波数分析に用いるデータ長が短くなるので周波数分解能が劣化することを考慮すると、各軌跡は、少なくともドップラービンの精度では直線で表されることが多い。
【０１０４】
すなわち、以上の性質を踏まえると、各軌跡のドップラー移動量の推定問題は、二次元平面上の複数の、同じ傾きの直線を推定する問題に帰着させることができる。そこで、以下では、図９（ａ）に示す二次元画像ｇ（ｘ，ｙ） （ｘ＝０，１，…，ｘｎｕｍ−１、ｙ＝０，１，…，ｙｎｕｍ−１）上の各反射点のｙ方向の移動量ｄｙを推定する問題を例に、処理内容を説明する。
【０１０５】
まず、振幅検出手段８０１では、入力画像ｇ０（ｘ，ｙ）に対して、次式（１２）で振幅検出を行い、画像ｇ（ｘ，ｙ）を得る。
【０１０６】
【数１２】
次に、二次元フーリエ変換手段８０２では、画像ｇ（ｘ，ｙ）に対して、次式（１３）の二次元フーリエ変換を適用して、空間周波数画像Ｇ０（ｆｘ，ｆｙ）を得る。
【０１０８】
【数１３】
二次元画像上の傾きａ（＝ｄｙ／ｘｎｕｍ）の直線は、その画像を二次元フーリエ変換して得られる空間周波数画像上では、原点を通り傾きが−１／ａの直線となる。ここで、空間周波数画像上のその直線のｆｘすなわち、ｘに対応する空間周波数方向の移動量をｄｆｘとすると、その値は、ｆｘ、ｆｙ方向の空間周波数分解能がそれぞれ１／ｘｎｕｍ、１／ｙｎｕｍであることを考慮して、次式（１４）で表される。
【０１１０】
【数１４】
フーリエ変換の線形性から、元の画像上の同じ移動量ｄｙの直線は、いずれも、空間周波数画像上の原点を通り、ｆｘ方向の移動量が−ｄｙの直線上に変換されることから、空間周波数画像上の定点（＝原点）を通る一本の直線の探索により、ｄｙを推定できる。なお、式（１３）により得られる二次元フーリエ変換画像Ｇ０（ｆｘ，ｆｙ）は、ｆｘを右方向、ｙを上方向とした場合には、画像の左下が原点に対応する。Ｇ０（ｆｘ、ｆｙ）の原点が画像の中心になるように、画像のシフトを行った結果をＧ（ｆｘ、ｆｙ）とし、これを図９（ｂ）に示す。
【０１１２】
画像線積分手段８０３では、図９（ｂ）の空間周波数画像Ｇ（ｆｘ，ｆｙ）上の原点を通り、ｆｘ方向の移動量がｄｆｘｋ （ｋ＝０，１，…，Ｋ−１）のＫ種類の積分経路ｋを、図９（ｃ）のように設定し、各経路に沿って空間周波数画像Ｇ（ｆｘ，ｆｙ）の振幅値の線積分を行う。各経路ごとに得られた積分結果を示したのが図９（ｄ）である。積分経路と画像上の直線が一致した時に、積分値はピーク値ｖｍａｘを取る。この時の積分経路のｆｘ方向の移動量をｄｃとすると、式（１４）より、元の画像上の各軌跡のｙ方向移動量ｄｙ＝−ｄｃと得ることができる。画像線積分手段８０３は、こうして得られたｄｙの値を出力する。以下、この値を用いてレンジ補償手段１３でレンジ補償を行う処理については、実施の形態１と同様である。
【０１１３】
本実施の形態８では、以上で説明したように、参照データ列の区分周波数分析によって得られた区分ドップラー周波数分布のヒストリ上の各反射点の軌跡が、それぞれ同じ傾きの直線になるという性質に着目し、さらに、二次元画像上の同じ傾きの任意の直線が、空間周波数画像上で、原点を通り、元の画像上での傾きに依存した傾きの一本の直線上に変換されるという性質を利用して、ドップラー移動量推定問題を空間周波数画像上の定点を通る一本の直線の検出問題として解くため、以下の効果を有する。
【０１１４】
１．本実施の形態８では、ある一つのレンジビンのデータ列に着目するのではなく、全レンジビンのデータ列に着目するため、上記のある反射点の信号がとぎれる問題が発生しない。すなわち、たとえ後段のレンジ補償において、レンジ補償誤差が発生しても、その影響を受けずに位相補償を行えるため、再生画像のぼけの発生を従来方式より抑えることができるという効果がある。
【０１１５】
２．区分ドップラー周波数分布のヒストリ上に各反射点に対応した複数の軌跡が存在し、それらの振幅が時間の経過と共に変化する場合にも、その変動の影響を受けずにドップラー移動量を推定できるので、安定してＩＳＡＲ画像を結像させることができる。
【０１１６】
３．区分ドップラー周波数分布のヒストリ上の複数の反射点の軌跡の電力を、空間周波数画像上の一本の直線上に集めた後にドップラー移動量推定を行うので、耐雑音性能が向上する。
【０１１７】
なお、本実施の形態８では、実施の形態１の改良として、その処理内容を説明したが、従来技術もしくは、これまで示した実施の形態２〜７の改良として適用しても以上の効果を得ることができるのは言うまでもない。
【０１１８】
上述した各実施の形態１ないし８の運動補償回路は、実施の形態１の如く、これを備えたレーダ装置として構成できるのは言うまでもなく、レンジ移動量推定誤差の影響で位相補償推定誤差が増大する問題を回避できてＩＳＡＲ画像の画質劣化の発生を抑えることができるレーダ装置を得ることができる。
すなわち、レーダ装置の構成としては、実施の形態１ないし８の運動補償回路の他に、図１に示すように、移動する目標に対して電波を送信する送信機１と、目標からの反射波を受信する受信機４と、上記受信した反射波から得られた受信信号列をレンジ圧縮してレンジ圧縮した受信信号列を運動補償回路に出力するするレンジ圧縮手段５と、運動補償回路の出力である運動補償後のヒストリのクロスレンジ圧縮を行いＩＳＡＲ画像を生成するクロスレンジ圧縮手段８と備えればよい。
【０１１９】
【発明の効果】
以上に説明したように、この発明に係る運動補償回路は、移動する目標に対して電波を送信し、上記目標からの反射波を受信して上記目標の画像を得るため、上記目標の移動に伴う上記目標のドップラー周波数の変化を補償する運動補償回路であって、上記反射波の受信信号列を基に、上記ドップラー周波数の変化の補償量を決定するための参照データ列を、各時刻におけるレンジ方向に並ぶデータ列の総和により生成する総和手段を有するドップラー移動量推定回路を備えたので、レンジ移動量推定誤差の影響で位相補償推定誤差が増大する問題を回避できてＩＳＡＲ画像の画質劣化の発生を抑えることができる。
【０１２０】
また、目標の移動に伴う目標のレンジの変化を補償するレンジ補償回路を有するので、レンジ移動量推定誤差の影響で位相補償推定誤差が増大する問題を回避できてＩＳＡＲ画像の画質劣化の発生を抑えることができる。
【０１２１】
また、位相補償後の受信信号列上に残存する上記目標の移動に伴う上記目標のレンジの変化を補償するレンジ補償回路を有するので、レンジ移動量推定誤差の影響で位相補償推定誤差が増大する問題を回避できてＩＳＡＲ画像の画質劣化の発生を抑えることができる。
【０１２２】
また、上記目標の移動に伴う上記目標のレンジの変化を補償するレンジ補償回路と、レンジ補償後の受信信号列上に残存する上記目標の移動に伴う上記目標のドップラー周波数の変化を補償する位相補償回路を有するので、レンジ移動量推定誤差の影響で位相補償推定誤差が増大する問題を回避できてＩＳＡＲ画像の画質劣化の発生を抑えることができる。
【０１２３】
また、上記レンジ移動量推定回路と上記レンジ移動量推定回路の処理と並列して、上記目標の移動に伴う上記目標のドップラー周波数の変化を補償するドップラー移動量推定回路と、レンジ移動量推定回路の出力である上記目標のレンジ移動量とドップラー移動量推定回路の出力である上記目標のドップラー移動量を元に目標のレンジ移動とドップラー移動を同時に補償する補償手段を有するので、レンジ移動量推定誤差の影響で位相補償推定誤差が増大する問題を回避できてＩＳＡＲ画像の画質劣化の発生を抑えながら、処理に要する時間も抑えることができる。
【０１２４】
また、レンジ補償後のレンジプロフィールのヒストリ上の各レンジの電力の比較により注目レンジビンを決定する注目レンジビン決定手段と、レンジプロフィールのヒストリの切出し幅を蓄積する切出し幅蓄積手段と、注目レンジビンの出力である注目レンジビン番号と、切出し幅蓄積手段の出力であるレンジ方向の切出し幅を基に、レンジ補償回路の出力であるレンジ補償後のレンジプロフィールのヒストリから注目レンジビン番号近傍のデータ列を切り出す切出し手段と、切出し手段の出力である切出し後のレンジプロフィールのヒストリに対してドップラー移動量の推定を行うドップラー移動量推定回路を有するので、レンジ移動量推定誤差の影響で位相補償推定誤差が増大する問題を回避できてＩＳＡＲ画像の画質劣化の発生を抑えながら、耐雑音性能を向上させることができる。
【０１２５】
また、位相補償回路の出力である位相補償後のレンジプロフィールのヒストリのレンジ移動量の値を想定するレンジ移動量想定手段と、各レンジ移動量想定値ごとに、上記位相補償後のレンジプロフィールのヒストリのレンジ補償を行うレンジ補償手段と、各レンジ移動量想定値ごとにレンジ補償された、レンジ及び位相補償後のレンジプロフィールのクロスレンジ圧縮を行ってＩＳＡＲ画像を生成するクロスレンジ圧縮手段と、各レンジ移動量想定値ごとに、クロスレンジ圧縮を行い得られたＩＳＡＲ画像のピーク電力値を算出するピーク電力算出手段と、各レンジ移動量推定値とその時の上記ＩＳＡＲ画像上のピーク電力値を蓄積するピーク電力蓄積手段とピーク電力蓄積手段に蓄積された各レンジ移動量想定値に対応するピーク電力値の比較から上記位相補償後のレンジプロフィールのヒストリ上の各反射点の軌跡のレンジ移動量を推定する蓄積データ比較手段と、レンジ移動量想定手段、レンジ補償手段クロスレンジ圧縮手段、ピーク電力算出手段、ピーク電力蓄積手段、蓄積データ比較手段を含むピーク電力着目レンジ移動量推定回路を有するので、レンジプロフィールのヒストリの振幅情報のみならず位相情報まで用いてレンジ補償を行うことで、レンジ補償精度を向上させることができてＩＳＡＲ画像の画質劣化の発生を抑えることができる。
【０１２６】
また、位相補償回路の出力である位相補償後のレンジプロフィールのヒストリのレンジ移動量の値を想定するレンジ移動量想定手段と、各レンジ移動量想定値ごとに、上記位相補償後のレンジプロフィールのヒストリのレンジ補償を行うレンジ補償手段と、各レンジ移動量想定値ごとにレンジ補償された、レンジ及び位相補償後のレンジプロフィールのクロスレンジ圧縮を行ってＩＳＡＲ画像を生成するクロスレンジ圧縮手段と、各レンジ移動量想定値ごとに、クロスレンジ圧縮を行い得られたＩＳＡＲ画像のエントロピーを算出するエントロピー算出手段と、各レンジ移動量推定値とその時の上記ＩＳＡＲ画像上のエントロピーを蓄積するエントロピー蓄積手段とエントロピー蓄積手段に蓄積された各レンジ移動量想定値に対応するエントロピーの比較から上記位相補償後のレンジプロフィールのヒストリ上の各反射点の軌跡のレンジ移動量を推定する蓄積データ比較手段と、レンジ移動量想定手段、レンジ補償手段クロスレンジ圧縮手段、エントロピー算出手段、エントロピー蓄積手段、蓄積データ比較手段を含むエントロピー着目レンジ移動量推定回路を有するので、レンジプロフィールのヒストリの振幅情報のみならず位相情報まで用いてレンジ補償を行うことで、レンジ補償精度を向上させることができてＩＳＡＲ画像の画質劣化の発生を抑えることができる。
【０１２７】
また、ピーク電力着目レンジ移動量推定回路又はエントロピー着目レンジ移動量推定回路の前段に、レンジプロフィールのヒストリの各ヒットごとの振幅最大レンジビンを検出する振幅レンジビン検出回路と、各ヒットごとの振幅最大レンジビンを平滑化する平滑化回路を含むレンジ移動量推定回路と、レンジ移動量推定回路の誤差範囲をカバーするレンジ移動量の探索範囲を設定する探索範囲設定回路とを含むレンジ移動量推定前処理回路を有するので、レンジプロフィールのヒストリの振幅情報のみならず位相情報まで用いてレンジ補償を行うことで、レンジ補償精度を向上させることができてＩＳＡＲ画像の画質劣化の発生を抑えながら運動補償の要する処理負荷を低減させることができる。
【０１２８】
また、ドップラー移動量推定回路を、参照データ列の区分周波数分析を行う区分周波数分析手段と、区分周波数分析手段の出力である区分ドップラー周波数分布のヒストリの振幅検出を行う振幅検出手段と、振幅検出された区分ドップラー周波数分布のヒストリの二次元フーリエ変換を行う二次元フーリエ変換手段と、二次元フーリエ変換により得られる、区分ドップラー周波数分布のヒストリに対応する空間周波数分布の原点を通るさまざまな積分経路を設定し、各積分経路に沿った積分結果からドップラー移動量を推定する画像線積分手段と、振幅検出手段と二次元フーリエ変換手段と画像線積分手段を含む二次元フーリエ変換型移動量推定回路で構成するので、区分ドップラー周波数分布のヒストリ上に各反射点に対応した複数の軌跡が存在し、それらの振幅が時間の経過と共に変化する場合にも、その変動の影響を受けずにドップラー移動量を推定できるので、安定してＩＳＡＲ画像を結像させることができる。
【０１２９】
さらに、この発明に係るレーダ装置は、移動する目標に対して電波を送信する送信手段と、上記目標からの反射波を受信する受信手段と、上記受信した反射波から得られた受信信号列をレンジ圧縮するレンジ圧縮手段と、上述した運動補償回路と、上記運動補償回路の出力である運動補償後のヒストリのクロスレンジ圧縮を行いＩＳＡＲ画像を生成するクロスレンジ圧縮手段を有するので、レンジ移動量推定誤差の影響で位相補償推定誤差が増大する問題を回避できてＩＳＡＲ画像の画質劣化の発生を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１の構成を示す図である。
【図２】 この発明の実施の形態２の運動補償回路の構成を示す図である。
【図３】 この発明の実施の形態３の運動補償回路の構成を示す図である。
【図４】 この発明の実施の形態４の運動補償回路の構成を示す図である。
【図５】 この発明の実施の形態５のレンジ補償回路の構成を示す図である。
【図６】 この発明の実施の形態６のレンジ補償回路の構成を示す図である。
【図７】 この発明の実施の形態７のレンジ補償回路の構成を示す図である。
【図８】 この発明の実施の形態８のドップラー移動量推定回路の構成を示す図である。
【図９】 この発明の実施の形態８の動作を示す図である。
【図１０】 従来のレーダ装置のブロック構成図である。
【図１１】 従来のレーダ装置のレンジ補償を実現するための構成図である。
【図１２】 従来のレーダ装置の位相補償を実現するための構成図である。
【図１３】 回転運動を行う目標を観測するジオメトリを示す図である。
【図１４】 ＩＳＡＲ画像の一例を示す図である。
【図１５】 並進運動を行う目標を観測するジオメトリを示す図である。
【図１６】 レンジプロフィールのヒストリの最大振幅検出結果の一例を示す図である。
【図１７】 レンジ補償処理を施した後のレンジプロフィールのヒストリにおける最大振幅検出結果の一例を示す図である。
【図１８】 区分周波数分析手段の処理内容を説明する図である。
【図１９】 区分周波数分布のヒストリの最大振幅検出結果の一例を示す図である。
【符号の説明】
１ 送信機、４ 受信機、５ レンジ圧縮手段、６，６Ａ，６Ｂ，６Ｃ レンジ補償回路、７Ａ，７Ｂ 位相補償回路、８ クロスレンジ圧縮回路、１０ 振幅最大レンジビン検出回路、１１ 平滑化回路、１２ レンジ移動量推定回路、１３ レンジ補償手段、１４ 注目レンジビン決定手段、１５ 区分周波数分析手段、１６Ａ，１６Ｂ ドップラー移動量推定回路、１８ 位相補償量算出手段、１９ 位相補償手段、２０ 目標、２１ レーダ装置、２２ 目標のＩＳＡＲ画像、２３ 注目レンジビンの受信信号列、２４ 区分周波数分布のヒストリ、２５ ドップラー移動量推定手段、２６，２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｄ 運動補償回路、１０１ 総和手段、３０１ レンジ＆位相補償手段、４０１ 切出し手段、４０２ 切出し幅蓄積手段、５０１ レンジ移動量想定手段、
５０２ ピーク電力算出手段、５０３ ピーク電力蓄積手段、５０４ 蓄積データ比較手段、５０５ ピーク電力着目レンジ移動量推定回路、６０１ エントロピー算出手段、６０２ エントロピー蓄積手段、６０３ エントロピー着目レンジ移動量推定回路、７０１ 探索範囲設定回路、７０２ レンジ移動量推定前処理回路、８０１ 振幅検出手段、８０２ 二次元フーリエ変換手段、８０３ 画像線積分手段、８０４ 二次元フーリエ変換型移動量推定回路。
Claims (11)
- 移動する目標に対して電波を送信し、上記目標からの反射波を受信して上記目標の画像を得る際、上記目標の移動に伴う上記目標のレンジ及びドップラー周波数の変化を補償する運動補償回路であって、
受信信号列の入力に基づいて各時刻におけるレンジ方向に並ぶデータ列の総和を生成する総和手段と、当該総和手段の出力を区分周波数分析して区分周波数分布のヒストリを得る区分周波数分析手段と、当該区分周波数分析手段の出力からドップラー移動量の推定を行うドップラー移動量推定手段とからなるドップラー移動量推定回路と、
上記ドップラー移動量推定回路からのドップラー移動量に基づいて上記受信信号列からドップラー周波数の時間変化成分を除去した位相補償後の受信信号列を出力する位相補償手段と
を有する位相補償回路を備えたことを特徴とする運動補償回路。 - 請求項１に記載の運動補償回路において、受信信号列を入力して上記目標の移動に伴う上記目標のレンジの変化を補償しレンジ補償後の受信信号列を出力するレンジ補償回路をさらに備えたことを特徴とする運動補償回路。
- 請求項２に記載の運動補償回路において、上記レンジ補償回路は、上記位相補償回路からの位相補償後の受信信号列を入力して当該受信信号列上に残存する上記目標の移動に伴う上記目標のレンジの変化を補償することを特徴とする運動補償回路。
- 請求項２に記載の運動補償回路において、上記レンジ補償回路は、受信した上記反射波の受信信号列を入力して上記目標の移動に伴う上記目標のレンジの変化を補償しレンジ補償後の受信信号列を出力すると共に、上記位相補償回路は、上記レンジ補償回路からのレンジ補償後の受信信号列を入力して位相補償し位相補償後の受信信号列を出力することを特徴とする運動補償回路。
- 請求項１に記載の運動補償回路において、上記ドップラー移動量推定回路は、上記反射波の受信信号列を入力してドップラー移動量の推定を行うと共に、当該ドップラー移動量推定回路によるドップラー移動量の推定処理と平行して、上記反射波の受信信号列を入力して各時刻におけるレンジ方向のレンジ移動量を推定するレンジ移動量推定回路をさらに備え、上記位相補償手段は、上記反射波の受信信号列を入力して上記ドップラー移動量推定回路からのドップラー移動量及び上記レンジ移動量推定回路からのレンジ移動量に基づいて位相補償及びレンジ補償を同時に行い位相補償及びレンジ補償された受信信号列を出力することを特徴とする運動補償回路。
- 請求項４に記載の運動補償回路において、レンジプロフィールのヒストリの切出し幅を蓄積する切出し幅蓄積手段をさらに備えると共に、上記レンジ補償回路と上記位相補償回路のドップラー移動量推定回路との間に、上記レンジ補償回路の出力であるレンジ補償後のレンジプロフィールのヒストリ上の各レンジの電力の比較により注目レンジビンを決定して注目レンジビン番号を出力する注目レンジビン決定手段と、当該注目レンジビン決定手段からの注目レンジビン番号と上記切出し幅蓄積手段からのレンジ方向の切出し幅とに基づいて上記レンジ補償回路の出力であるレンジ補償後のレンジプロフィールのヒストリから注目レンジビン番号近傍のデータ列を切り出して切出し後のレンジプロフィールのヒストリを上記ドップラー移動量推定回路に出力する切出し手段とをさらに備えたことを特徴とする運動補償回路。
- 請求項２または３に記載の運動補償回路において、
上記レンジ補償回路は、
上記位相補償回路の出力である位相補償後のレンジプロフィールのヒストリのレンジ移動量の値を想定するレンジ移動量想定手段と、各レンジ移動量想定値ごとに上記位相補償後のレンジプロフィールのヒストリのレンジ補償を行うレンジ補償手段と、各レンジ移動量想定値ごとにレンジ補償された、レンジ及び位相補償後のレンジプロフィールのクロスレンジ圧縮を行いＩＳＡＲ画像を生成するクロスレンジ圧縮手段と、各レンジ移動量想定値ごとにクロスレンジ圧縮を行い得られたＩＳＡＲ画像のピーク電力値を算出するピーク電力算出手段と、各レンジ移動量推定値とその時の上記ＩＳＡＲ画像上のピーク電力値を蓄積するピーク電力蓄積手段と、当該ピーク電力蓄積手段に蓄積された各レンジ移動量想定値に対応するピーク電力値の比較から上記位相補償後のレンジプロフィールのヒストリ上の各反射点の軌跡のレンジ移動量を推定する蓄積データ比較手段とからなるピーク電力着目レンジ移動量推定回路と、
上記位相補償回路の出力である位相補償後のレンジプロフィールのヒストリを入力して上記ピーク電力着目レンジ移動量推定回路からの各レンジ移動量想定値ごとにレンジ補償を行いレンジ補償後のレンジプロフィールのヒストリを出力するレンジ補償手段と
を有することを特徴とする運動補償回路。 - 請求項２または３に記載の運動補償回路において、
上記レンジ補償回路は、
上記位相補償回路の出力である位相補償後のレンジプロフィールのヒストリのレンジ移動量の値を想定するレンジ移動量想定手段と、各レンジ移動量想定値ごとに、上記位相補償後のレンジプロフィールのヒストリのレンジ補償を行うレンジ補償手段と、各レンジ移動量想定値ごとにレンジ補償された、レンジ及び位相補償後のレンジプロフィールのクロスレンジ圧縮を行ってＩＳＡＲ画像を生成するクロスレンジ圧縮手段と、各レンジ移動量想定値ごとに、クロスレンジ圧縮を行い得られたＩＳＡＲ画像のエントロピーを算出するエントロピー算出手段と、各レンジ移動量推定値とその時の上記ＩＳＡＲ画像上のエントロピーを蓄積するエントロピー蓄積手段と、当該エントロピー蓄積手段に蓄積された各レンジ移動量想定値に対応するエントロピーの比較から上記位相補償後のレンジプロフィールのヒストリ上の各反射点の軌跡のレンジ移動量を推定する蓄積データ比較手段とからなるエントロピー着目レンジ移動量推定回路と、
上記位相補償回路の出力である位相補償後のレンジプロフィールのヒストリを入力して上記エントロピー着目レンジ移動量推定回路からの各レンジ移動量想定値ごとにレンジ補償を行いレンジ補償後のレンジプロフィールのヒストリを出力するレンジ補償手段と
を有することを特徴とする運動補償回路。 - 請求項７または８に記載の運動補償回路において、
上記ピーク電力着目レンジ移動量推定回路またはエントロピー着目レンジ移動量推定回路の前段に、
レンジプロフィールのヒストリの各ヒットごとの振幅最大レンジビンを検出する振幅レンジビン検出回路と、各ヒットごとの振幅最大レンジビンを平滑化する平滑化回路とを有するレンジ移動量推定回路と、上記レンジ移動量推定回路の誤差範囲をカバーするレンジ移動量の探索範囲を設定する探索範囲設定回路とを有するレンジ移動量推定前処理回路をさらに備えたことを特徴とする運動補償回路。 - 請求項１ないし９のいずれかに記載の運動補償回路において、
上記ドップラー移動量推定手段は、
上記区分周波数分析手段の出力である区分ドップラー周波数分布のヒストリの振幅検出を行う振幅検出手段と、
振幅検出された区分ドップラー周波数分布のヒストリの二次元フーリエ変換を行う二次元フーリエ変換手段と、
二次元フーリエ変換により得られる、区分ドップラー周波数分布のヒストリに対応する空間周波数分布の原点を通るさまざまな積分経路を設定し、各積分経路に沿った積分結果からドップラー移動量を推定する画像線積分手段と
からなることを特徴とする運動補償回路。 - 請求項１ないし１０のいずれかに記載の運動補償回路において、
移動する目標に対して電波を送信する送信手段と、
上記目標からの反射波を受信する受信手段と、
上記受信した反射波から得られた受信信号列をレンジ圧縮してレンジ圧縮した受信信号列を上記運動補償回路に出力するするレンジ圧縮手段と、
上記運動補償回路の出力である運動補償後のヒストリのクロスレンジ圧縮を行いＩＳＡＲ画像を生成するクロスレンジ圧縮手段と
をさらに備えたことを特徴とする有するレーダ装置。
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