JP4063069B2 - レーダ信号処理装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば、高分解能レーダ装置のレーダ信号処理装置における目標受信信号の位相ずれの補正に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のレーダ信号処理装置は、反射電力の最大点を示すレンジビンにおけるビデオ信号を時間をずらしながら、ある時間間隔でフーリエ変換し、出力されるスペクトル信号から最大振幅値となる基準点を検出した後、ドップラヒストリを算出して各パルスヒット毎の位相補償量を算出している（例えば、特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−１８７０７４号公報（第２−５頁、第１図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来のレーダ信号処理装置では、ある時間間隔でフーリエ変換した後のスペクトル波形が多峰で、かつ振幅値が最大となる峰の位置が時間毎に大きく変動するような場合、検出した基準点周波数がふらついて正確な位相補償量を算出することができず、画像がぼけたり、にじんだりするという課題があった。
【０００５】
この発明はかかる課題を解決するためになされたもので、検出した基準点周波数がふらついて正確な位相補償量を算出することができず、画像がぼけたり、にじんだりするということを防止するレーダ信号処理装置を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るレーダ信号処理装置は、位相補正手段を、距離補正手段により補正された目標受信信号及びレーダと目標重心との初期距離を格納する格納手段、上記格納手段より出力されたレーダと目標重心との初期距離における目標受信信号を時間方向に小区間で周波数分析する区分周波数分析手段、上記区分周波数分析手段により得られたスペクトル波形の時間方向に対する軌跡（周波数−時間空間上の画像）に対してエッジ部を検出する画像エッジ部検出手段、上記画像エッジ部検出手段で検出されたエッジ部を基に画像を２値化する２値化手段、上記２値化手段で画像を２値化する際に必要な閾値を設定する閾値設定手段、上記２値化手段により得られた２値化画像におけるエッジ部周波数の時間方向に対する軌跡をパラメータ空間に射影する座標変換手段、上記座標変換手段により射影されたパラメータ空間上で線成分を抽出する線成分抽出手段、上記線成分抽出手段によりパラメータ空間上で抽出された線成分を元の座標空間へ逆射影する逆座標変換手段とにより構成したものである。
【０００７】
また、この発明に係るレーダ信号処理装置は、上記位相補正手段に、上記逆座標変換手段により求められたエッジ部周波数の時間方向に対する軌跡から位相補正量を算出する位相補正量算出手段、上記位相補正量算出手段により算出された位相補正量を用いて上記格納手段から出力された目標受信信号の位相を補正する位相補正手段とを具備したものである。
【０００８】
また、この発明に係る位相補正手段は、上記距離補正手段により補正された目標受信信号及びレーダと目標重心との初期距離を格納するバッファ回路、上記バッファ回路より出力されたレーダと目標重心との初期距離における目標受信信号を時間方向に小区間で周波数分析する区分周波数分析回路、上記区分周波数分析回路により得られたスペクトル波形の時間方向に対する軌跡（周波数−時間空間上の画像）に対してエッジ部を検出する画像エッジ部検出回路、上記画像エッジ部検出回路で検出されたエッジ部を基に画像を２値化する２値化回路、上記２値化回路で画像を２値化する際に必要な閾値を設定する閾値設定回路、上記２値化回路により得られた２値化画像におけるエッジ部周波数の時間方向に対する軌跡をパラメータ空間に射影する座標変換回路、上記座標変換回路により射影されたパラメータ空間上で線成分を抽出する線成分抽出回路、上記線成分抽出回路によりパラメータ空間上で抽出された線成分を元の座標空間へ逆射影する逆座標変換回路、上記逆座標変換回路により求められたエッジ部周波数の時間方向に対する軌跡から位相補正量を算出する位相補正量算出回路、上記位相補正量算出回路により算出された位相補正量を用いて上記バッファ回路から出力された目標受信信号の位相を補正する位相補正回路とにより構成したものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、図１２に示すレーダ信号処理装置におけるこの発明の位相補正部の実施の一形態を示すものである。なお、図１２は高分解能レーダ装置におけるレーダ信号処理装置の構成図を表している。
【００１０】
まず、上記図１２のように構成されたレーダ信号処理装置の動作について説明する。レーダ装置から入力された目標受信信号ＳＭはデータインタフェース部１で内部で処理できるデータ形式に変換され、パルス圧縮部２でパルス圧縮された後、距離補正部３で時間による距離ずれを補正し、目標受信信号ＲＳとして位相補正部４に出力する。また、距離補正部３ではレーダと目標重心との初期距離ＲＧを算出し、位相補正部４に出力する。位相補正部４では時間による距離ずれが補正された目標受信信号ＲＳ及びレーダと目標重心との初期距離ＲＧを用いて目標受信信号ＲＳの時間による位相ずれを補正し、目標受信信号ＲＤとして周波数分析部５に出力する。
【００１１】
この目標受信信号ＲＤは周波数分析部５で周波数分析されることによって周波数スペクトルに変換され、検波部６で画像データに変換された後、表示器インタフェース部７で表示器とのインタフェースを調整し、表示画像データＤとして出力される。
【００１２】
次に、上記図１のように構成された位相補正部４の動作について説明する。距離補正部３から入力された時間による距離ずれが補正された目標受信信号ＲＳ及びレーダと目標重心との初期距離ＲＧはバッファ回路８に格納され、目標受信信号ＲＳ及びレーダと目標重心との初期距離ＲＧにおける目標受信信号ＧＳとして出力される。
【００１３】
このレーダと目標重心との初期距離ＲＧにおける目標受信信号ＧＳは区分周波数分析回路９で時間方向に小区間で周波数分析され、得られたスペクトル波形の時間方向に対する軌跡（周波数−時間空間上の画像）に対して画像エッジ部検出回路１０でエッジ部を全て検出し、閾値設定回路１２で設定した閾値に基づいて２値化回路１１で周波数−時間空間上の画像を２値化した後、２値化画像におけるエッジ部周波数の時間方向に対する軌跡を座標変換回路１５へ出力する。
【００１４】
２値化回路１１により得られた２値化画像におけるエッジ部周波数の時間方向に対する軌跡は、座標変換回路１５でパラメータ空間に射影され、線成分抽出回路１６において軌跡に含まれる線成分がパラメータ空間上で抽出される。パラメータ空間上で抽出された線成分は逆座標変換回路１７で元の座標空間へ逆射影され、位相補正量算出回路１３に出力される。
【００１５】
位相補正量算出回路１３では、上記で抽出された線成分から位相補正量を算出する。位相補正回路１４は位相補正量算出回路１３で算出した位相補正量を用いてバッファ回路８から出力された時間による距離ずれが補正された目標受信信号ＲＳの位相を補正し、時間による位相ずれが補正された目標受信信号ＲＤとして周波数分析部５へ出力する。
【００１６】
次に、上記図１のように構成された位相補正部４を図５，図６，図７及び図８を用いて説明する。図５は区分周波数分析回路の動作を示した図、図６は区分周波数分析後のスペクトル波形、並びに区分周波数分析後のスペクトル波形の時間方向に対する軌跡（周波数−時間空間上の画像）を表した図、図７は画像エッジ部検出回路、並びに閾値設定回路及び２値化回路の動作を示した図、図８は座標変換回路、線成分抽出回路及び逆座標変換回路の動作を示した図である。
【００１７】
時間による距離ずれが補正された目標受信信号ＲＳをSi,j （ここで、ｉはレンジビン番号、ｊはパルスヒット番号、ｉ，ｊは自然数である。）、レーダと目標重心との初期距離ＲＧの存在するレンジビン番号をｒと定義するとレーダと目標重心との初期距離ＲＧにおける目標受信信号ＧＳはSr,jと表され、図５（ａ）のような波形が得られる。Sr,jに対し、区分周波数分析回路９で時間方向（パルスヒット方向）に小区間で周波数分析を行うと図５（ｂ）のような波形が得られ、周波数fmと振幅Am kの関係（ここで、ｋは区分周波数分析番号、ｍは周波数ビン番号、ｋ，ｍは自然数である。）は“数１”で表される。
【００１８】
【数１】
【００１９】
各区分周波数分析番号ｋにおいて、周波数fmと振幅Am kの波形は図６（ａ）のように表される。また、図６（ｂ）は図６（ａ）で表される波形を時間方向にプロットした軌跡であり、周波数−時間空間上の濃淡画像で表される。
【００２０】
図６（ｂ）の画像に対して画像エッジ部検出回路１０でエッジ検出を行うと図７（ａ）のような画像が得られ、画像に含まれる全てのエッジ部が検出される。画像エッジ部検出回路１０では、例えば、微分オペレータのような線形フィルタや非線形フィルタ等を用いて、画像に含まれるエッジ部を検出する。
【００２１】
次に、画像エッジ部検出回路１０で検出されたエッジ部に基づいて図７（ａ）の画像を２値化回路１１で２値化すると図７（ｂ）のような２値化画像が得られ、エッジ部周波数の時間方向に対する軌跡が求められる。但し、画像を２値化する際、閾値設定回路１２で２値化の閾値を事前に設定する。区分周波数分析後のスペクトル波形が多峰で、かつ振幅値が最大となる峰の位置が時間毎に大きく変動するような場合、エッジ部周波数の時間方向に対する軌跡は図７（ｂ）のような複数の線成分を有する。
【００２２】
なお、図６（ｂ）、図７（ａ）及び図７（ｂ）における各画像中の濃淡表示は、画像各点の振幅強度を表している。これらの図では、振幅強度の強い点を黒色、振幅強度の弱い点を白色で表している。
【００２３】
今、図７（ｂ）の軌跡に含まれる線成分の１つを“数２”で定義すると、この線成分は図８（ａ）のように表される。
【００２４】
【数２】
【００２５】
ここで、座標変換回路１５において図７（ｂ）の軌跡上の点群を座標変換すると、軌跡に含まれる線成分はパラメータ空間上の点に射影される。但し、図７（ｂ）の軌跡に含まれる線成分が複数あり、かつそれらが同一のパラメータを持つ線成分でない場合には、各線成分毎にパラメータ空間上の異なる点に射影されるため、図８（ｂ）に示すように線成分抽出回路１６において主要な線成分に対応したパラメータ空間上の点Ｐ(ａ0,ｂ0，…,ｃ0)を抽出する。なお、ここで述べた主要な線成分とは、図７（ｂ）の軌跡に含まれる最長の線成分をさす。
【００２６】
次に、逆座標変換回路１７において、線成分抽出回路１６で抽出した点Ｐ(ａ0,ｂ0，…,ｃ0)を逆座標変換して元の座標空間へ逆射影すると、図８（ｃ）のように逆座標変換され、図７（ｂ）の軌跡に含まれる主要な線成分の式（時間ｔと周波数Ｆ'(ｔ)の関係）は“数３”を用いて求めることができる。
【００２７】
【数３】
【００２８】
位相補正量算出回路１３では、位相補正量Wjを“数４”で算出する。
【００２９】
【数４】
【００３０】
位相補正回路１４では、Si,j の位相を位相補正量Wjを用いて“数５”で補正する。但し、時間による位相ずれが補正された目標受信信号ＲＤをS'i,j と定義する。
【００３１】
【数５】
【００３２】
実施の形態２．
図２に示される実施の形態では、上記実施の形態１における位相補正部４の座標変換手段、線成分抽出手段及び逆座標変換手段をそれぞれＨｏｕｇｈ変換回路１８、射影軌跡交点検出回路１９及びＨｏｕｇｈ逆変換回路２０に置き換えている。
【００３３】
まず、上記図２のように構成された位相補正部４の動作について説明する。距離補正部３から入力された時間による距離ずれが補正された目標受信信号ＲＳ及びレーダと目標重心との初期距離ＲＧはバッファ回路８に格納され、目標受信信号ＲＳ及びレーダと目標重心との初期距離ＲＧにおける目標受信信号ＧＳとして出力される。
【００３４】
このレーダと目標重心との初期距離ＲＧにおける目標受信信号ＧＳは区分周波数分析回路９で時間方向に小区間で周波数分析され、得られたスペクトル波形の時間方向に対する軌跡（周波数−時間空間上の画像）に対して画像エッジ部検出回路１０でエッジ部を全て検出し、閾値設定回路１２で設定した閾値に基づいて２値化回路１１で周波数−時間空間上の画像を２値化した後、２値化画像におけるエッジ部周波数の時間方向に対する軌跡をＨｏｕｇｈ変換回路１８へ出力する。
【００３５】
２値化回路１１により得られた２値化画像におけるエッジ部周波数の時間方向に対する軌跡は、Ｈｏｕｇｈ変換回路１８でパラメータ空間に射影され、射影軌跡交点検出回路１９において射影された射影軌跡の交点を検出することにより軌跡に含まれる線成分がパラメータ空間上で検出される。パラメータ空間上で検出された線成分はＨｏｕｇｈ逆変換回路２０で元の座標空間へ逆射影され、位相補正量算出回路１３に出力される。
【００３６】
位相補正量算出回路１３では、上記で検出された線成分から位相補正量を算出する。位相補正回路１４は位相補正量算出回路１３で算出した位相補正量を用いてバッファ回路８から出力された時間による距離ずれが補正された目標受信信号ＲＳの位相を補正し、時間による位相ずれが補正された目標受信信号ＲＤとして周波数分析部５へ出力する。
【００３７】
次に、上記図２のように構成された位相補正部４を図７及び図９を用いて説明する。図９はＨｏｕｇｈ変換回路、射影軌跡交点検出回路及びＨｏｕｇｈ逆変換回路の動作を示した図である。
【００３８】
画像エッジ部検出回路１０で検出されたエッジ部に基づいて図７（ａ）の画像を２値化回路１１で２値化すると図７（ｂ）のような２値化画像が得られ、エッジ部周波数の時間方向に対する軌跡が求められる。但し、画像を２値化する際、閾値設定回路１２で２値化の閾値を事前に設定する。区分周波数分析後のスペクトル波形が多峰で、かつ振幅値が最大となる峰の位置が時間毎に大きく変動するような場合、エッジ部周波数の時間方向に対する軌跡は図７（ｂ）のような複数の線成分を有する。
【００３９】
今、図７（ｂ）の軌跡に含まれる線成分の１つを“数２”で定義すると、この線成分は図９（ａ）のように表される。
【００４０】
ここで、Ｈｏｕｇｈ変換回路１８において図７（ｂ）の軌跡上の点群を“数６”を用いてＨｏｕｇｈ変換すると、図９（ｂ）に示すようなパラメータ空間上の射影軌跡に射影され、これら射影軌跡の交点が図７（ｂ）の軌跡に含まれる線成分を表すことになる。但し、図７（ｂ）の軌跡に含まれる線成分が複数あり、かつそれらが同一のパラメータを持つ線成分でない場合には、各線成分毎にパラメータ空間上で異なる交点として現れるため、射影軌跡交点検出回路１９では射影軌跡の交差回数の最も多い交点を検出することで主要な線成分に対応したパラメータ空間上の交点Ｐ(ａ0,ｂ0，…,ｃ0)を検出する。なお、ここで述べた主要な線成分とは、図７（ｂ）の軌跡に含まれる最長の線成分をさす。
【００４１】
【数６】
【００４２】
次に、Ｈｏｕｇｈ逆変換回路２０において、射影軌跡交点検出回路１９で検出した交点Ｐ(ａ0,ｂ0，…,ｃ0)をＨｏｕｇｈ逆変換して元の座標空間へ逆射影すると、図９（ｃ）のように逆座標変換され、図７（ｂ）の軌跡に含まれる主要な線成分の式（時間ｔと周波数Ｆ'(ｔ)の関係）は“数７”を用いて求めることができる。
【００４３】
【数７】
【００４４】
このような実施態様によれば、エッジ部周波数の時間方向に対する軌跡（周波数−時間空間上の画像）に含まれる主要な線成分をＨｏｕｇｈ変換したパラメータ空間上で一意に決定するため、線成分の検出精度が向上する。また、スペクトル波形が多峰で、かつ振幅値が最大となる峰の位置が時間毎に大きく変動するような場合でも変動の影響を受けにくく、安定して基準点周波数を検出することができ、画像のぼけやにじみを除去することができる。
【００４５】
実施の形態３．
図３に示される実施の形態では、上記実施の形態１における位相補正部４の座標変換手段、線成分抽出手段及び逆座標変換手段をそれぞれＨｏｕｇｈ直線変換回路２１、直線群交点検出回路２２及びＨｏｕｇｈ直線逆変換回路２３に置き換えている。
【００４６】
まず、上記図３のように構成された位相補正部４の動作について説明する。距離補正部３から入力された時間による距離ずれが補正された目標受信信号ＲＳ及びレーダと目標重心との初期距離ＲＧはバッファ回路８に格納され、目標受信信号ＲＳ及びレーダと目標重心との初期距離ＲＧにおける目標受信信号ＧＳとして出力される。
【００４７】
このレーダと目標重心との初期距離ＲＧにおける目標受信信号ＧＳは区分周波数分析回路９で時間方向に小区間で周波数分析され、得られたスペクトル波形の時間方向に対する軌跡（周波数−時間空間上の画像）に対して画像エッジ部検出回路１０でエッジ部を全て検出し、閾値設定回路１２で設定した閾値に基づいて２値化回路１１で周波数−時間空間上の画像を２値化した後、２値化画像におけるエッジ部周波数の時間方向に対する軌跡をＨｏｕｇｈ直線変換回路２１へ出力する。
【００４８】
２値化回路１１により得られた２値化画像におけるエッジ部周波数の時間方向に対する軌跡は、Ｈｏｕｇｈ直線変換回路２１でパラメータ空間に射影され、直線群交点検出回路２２において射影された直線群の交点を検出することにより軌跡に含まれる線成分がパラメータ空間上で検出される。パラメータ空間上で検出された線成分はＨｏｕｇｈ直線逆変換回路２３で元の座標空間へ逆射影され、位相補正量算出回路１３に出力される。
【００４９】
位相補正量算出回路１３では、上記で検出された線成分から位相補正量を算出する。位相補正回路１４は位相補正量算出回路１３で算出した位相補正量を用いてバッファ回路８から出力された時間による距離ずれが補正された目標受信信号ＲＳの位相を補正し、時間による位相ずれが補正された目標受信信号ＲＤとして周波数分析部５へ出力する。
【００５０】
次に、上記図３のように構成された位相補正部４を図７及び図１０を用いて説明する。図１０はＨｏｕｇｈ直線変換回路、直線群交点検出回路及びＨｏｕｇｈ直線逆変換回路の動作を示した図である。
【００５１】
画像エッジ部検出回路１０で検出されたエッジ部に基づいて図７（ａ）の画像を２値化回路１１で２値化すると図７（ｂ）のような２値化画像が得られ、エッジ部周波数の時間方向に対する軌跡が求められる。但し、画像を２値化する際、閾値設定回路１２で２値化の閾値を事前に設定する。区分周波数分析後のスペクトル波形が多峰で、かつ振幅値が最大となる峰の位置が時間毎に大きく変動するような場合、エッジ部周波数の時間方向に対する軌跡は図７（ｂ）のような複数の線成分を有する。
【００５２】
今、図７（ｂ）の軌跡に含まれる線成分の１つを“数８”で定義すると、この線成分は図１０（ａ）のように表される。
【００５３】
【数８】
【００５４】
ここで、Ｈｏｕｇｈ直線変換回路２１において図７（ｂ）の軌跡上の点群を“数９”を用いてＨｏｕｇｈ直線変換すると、図１０（ｂ）に示すようなパラメータ空間上の直線群に射影され、これら直線群の交点が図７（ｂ）の軌跡に含まれる線成分を表すことになる。但し、図７（ｂ）の軌跡に含まれる線成分が複数あり、かつそれらが同一のパラメータを持つ線成分でない場合には、各線成分毎にパラメータ空間上で異なる交点として現れるため、直線群交点検出回路２２では直線群の交差回数の最も多い交点を検出することで主要な線成分に対応したパラメータ空間上の交点Ｐ(ｕ0,ｖ0)を検出する。なお、ここで述べた主要な線成分とは、図７（ｂ）の軌跡に含まれる最長の線成分をさす。
【００５５】
【数９】
【００５６】
次に、Ｈｏｕｇｈ直線逆変換回路２３において、直線群交点検出回路２２で検出した交点Ｐ(ｕ0,ｖ0)をＨｏｕｇｈ直線逆変換して元の座標空間へ逆射影すると、図１０（ｃ）のように逆座標変換され、図７（ｂ）の軌跡に含まれる主要な線成分の式（時間ｔと周波数Ｆ'(ｔ)の関係）は“数１０”を用いて求めることができる。
【００５７】
【数１０】
【００５８】
このような実施態様によれば、エッジ部周波数の時間方向に対する軌跡（周波数−時間空間上の画像）に含まれる主要な線成分をＨｏｕｇｈ変換したパラメータ空間上で一意に決定するため、線成分の検出精度が向上する。また、Ｈｏｕｇｈ直線を用いて座標変換を簡易化しているため、計算量の削除が可能になる。更に、スペクトル波形が多峰で、かつ振幅値が最大となる峰の位置が時間毎に大きく変動するような場合でも変動の影響を受けにくく、安定して基準点周波数を検出することができ、画像のぼけやにじみを除去することができる。
【００５９】
実施の形態４．
図４に示される実施の形態では、上記実施の形態１における位相補正部４の座標変換手段、線成分抽出手段及び逆座標変換手段をそれぞれＨｏｕｇｈ曲線変換回路２４、曲線群交点検出回路２５及びＨｏｕｇｈ曲線逆変換回路２６に置き換えている。
【００６０】
まず、上記図４のように構成された位相補正部４の動作について説明する。距離補正部３から入力された時間による距離ずれが補正された目標受信信号ＲＳ及びレーダと目標重心との初期距離ＲＧはバッファ回路８に格納され、目標受信信号ＲＳ及びレーダと目標重心との初期距離ＲＧにおける目標受信信号ＧＳとして出力される。
【００６１】
このレーダと目標重心との初期距離ＲＧにおける目標受信信号ＧＳは区分周波数分析回路９で時間方向に小区間で周波数分析され、得られたスペクトル波形の時間方向に対する軌跡（周波数−時間空間上の画像）に対して画像エッジ部検出回路１０でエッジ部を全て検出し、閾値設定回路１２で設定した閾値に基づいて２値化回路１１で周波数−時間空間上の画像を２値化した後、２値化画像におけるエッジ部周波数の時間方向に対する軌跡をＨｏｕｇｈ曲線変換回路２４へ出力する。
【００６２】
２値化回路１１により得られた２値化画像におけるエッジ部周波数の時間方向に対する軌跡は、Ｈｏｕｇｈ曲線変換回路２４でパラメータ空間に射影され、曲線群交点検出回路２５において射影された曲線群の交点を検出することにより軌跡に含まれる線成分がパラメータ空間上で検出される。パラメータ空間上で検出された線成分はＨｏｕｇｈ曲線逆変換回路２６で元の座標空間へ逆射影され、位相補正量算出回路１３に出力される。
【００６３】
位相補正量算出回路１３では、上記で検出された線成分から位相補正量を算出する。位相補正回路１４は位相補正量算出回路１３で算出した位相補正量を用いてバッファ回路８から出力された時間による距離ずれが補正された目標受信信号ＲＳの位相を補正し、時間による位相ずれが補正された目標受信信号ＲＤとして周波数分析部５へ出力する。
【００６４】
次に、上記図４のように構成された位相補正部４を図７及び図１１を用いて説明する。図１１はＨｏｕｇｈ曲線変換回路、曲線群交点検出回路及びＨｏｕｇｈ曲線逆変換回路の動作を示した図である。
【００６５】
画像エッジ部検出回路１０で検出されたエッジ部に基づいて図７（ａ）の画像を２値化回路１１で２値化すると図７（ｂ）のような２値化画像が得られ、エッジ部周波数の時間方向に対する軌跡が求められる。但し、画像を２値化する際、閾値設定回路１２で２値化の閾値を事前に設定する。区分周波数分析後のスペクトル波形が多峰で、かつ振幅値が最大となる峰の位置が時間毎に大きく変動するような場合、エッジ部周波数の時間方向に対する軌跡は図７（ｂ）のような複数の線成分を有する。
【００６６】
今、図７（ｂ）の軌跡に含まれる線成分の１つを“数８”で定義すると、この線成分は図１１（ａ）のように表される。
【００６７】
ここで、Ｈｏｕｇｈ曲線変換回路２４において図７（ｂ）の軌跡上の点群を“数１１”を用いてＨｏｕｇｈ曲線変換すると、図１１（ｂ）に示すようなパラメータ空間上の曲線群に射影され、これら曲線群の交点が図７（ｂ）の軌跡に含まれる線成分を表すことになる。但し、図７（ｂ）の軌跡に含まれる線成分が複数あり、かつそれらが同一のパラメータを持つ線成分でない場合には、各線成分毎にパラメータ空間上で異なる交点として現れるため、曲線群交点検出回路２５では曲線群の交差回数の最も多い交点を検出することで主要な線成分に対応したパラメータ空間上の交点Ｐ(θ0,ρ0)を検出する。なお、ここで述べた主要な線成分とは、図７（ｂ）の軌跡に含まれる最長の線成分をさす。
【００６８】
【数１１】
【００６９】
“数１１”を用いたＨｏｕｇｈ曲線変換を行えば、曲線群交点検出回路２５において、θを−π[radian]からπ[radian]（或いは０[radian]から２π[radian]）まで、ρを−（ｔ＋Ｆ'(ｔ)）からｔ＋Ｆ'(ｔ)まで検索して、曲線群の交点を検出すればよい。このように、曲線群の交点の検出範囲が限定されるため、計算量の更なる削除が可能になる。
【００７０】
次に、Ｈｏｕｇｈ曲線逆変換回路２６において、曲線群交点検出回路２５で検出した交点Ｐ(θ0,ρ0)をＨｏｕｇｈ曲線逆変換して元の座標空間へ逆射影すると、図１１（ｃ）のように逆座標変換され、図７（ｂ）の軌跡に含まれる主要な線成分の式（時間ｔと周波数Ｆ'(ｔ)の関係）は“数１２”を用いて求めることができる。但し、“数１２”はcosθ0及びsinθ0の値が共に０でない場合のみ有効である。
【００７１】
【数１２】
【００７２】
“数１２”において、cosθ0の値が０で、かつsinθ0の値が０でない場合には、“数１２”の代りに“数１３”を用いる。
【００７３】
【数１３】
【００７４】
“数１２”において、sinθ0の値が０で、かつcosθ0の値が０でない場合には、“数１２”の代りに“数１４”を用いる。
【００７５】
【数１４】
【００７６】
このような実施態様によれば、エッジ部周波数の時間方向に対する軌跡（周波数−時間空間上の画像）に含まれる主要な線成分をＨｏｕｇｈ変換したパラメータ空間上で一意に決定するため、線成分の検出精度が向上する。また、Ｈｏｕｇｈ曲線を用いて座標変換を簡易化することで曲線群の交点の検出範囲が限定されるため、計算量の更なる削除が可能になる。更に、スペクトル波形が多峰で、かつ振幅値が最大となる峰の位置が時間毎に大きく変動するような場合でも変動の影響を受けにくく、安定して基準点周波数を検出することができ、画像のぼけやにじみを除去することができる。
【００７７】
【発明の効果】
この発明によれば、エッジ部周波数の時間方向に対する軌跡（周波数−時間空間上の画像）に含まれる主要な線成分を座標変換したパラメータ空間上で一意に決定するため、線成分の検出精度が向上する。また、スペクトル波形が多峰で、かつ振幅値が最大となる峰の位置が時間毎に大きく変動するような場合でも変動の影響を受けにくく、安定して基準点周波数を検出することができ、画像のぼけやにじみを除去することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１を示す位相補正部の構成図である。
【図２】 この発明の実施の形態２を示す位相補正部の構成図である。
【図３】 この発明の実施の形態３を示す位相補正部の構成図である。
【図４】 この発明の実施の形態４を示す位相補正部の構成図である。
【図５】 区分周波数分析回路の動作を示す図である。
【図６】 区分周波数分析後のスペクトル波形、並びに区分周波数分析後のスペクトル波形の時間方向に対する軌跡（周波数−時間空間上の画像）を表す図である。
【図７】 画像エッジ部検出回路、並びに閾値設定回路及び２値化回路の動作を示す図である。
【図８】 座標変換回路、線成分抽出回路及び逆座標変換回路の動作を示す図である。
【図９】 Ｈｏｕｇｈ変換回路、射影軌跡交点検出回路及びＨｏｕｇｈ逆変換回路の動作を示す図である。
【図１０】 Ｈｏｕｇｈ直線変換回路、直線群交点検出回路及びＨｏｕｇｈ直線逆変換回路の動作を示す図である。
【図１１】 Ｈｏｕｇｈ曲線変換回路、曲線群交点検出回路及びＨｏｕｇｈ曲線逆変換回路の動作を示す図である。
【図１２】 高分解能レーダ装置におけるレーダ信号処理装置の構成図である。
【符号の説明】
１ データインタフェース部、 ２ パルス圧縮部、 ３ 距離補正部、 ４位相補正部、 ５ 周波数分析部、 ６ 検波部、 ７ 表示器インタフェース部、 ８ バッファ回路、 ９ 区分周波数分析回路、 １０ 画像エッジ部検出回路、 １１ ２値化回路、 １２ 閾値設定回路、 １３ 位相補正量算出回路、 １４ 位相補正回路、 １５ 座標変換回路、 １６ 線成分抽出回路、 １７ 逆座標変換回路、 １８ Ｈｏｕｇｈ変換回路、 １９ 射影軌跡交点検出回路、 ２０ Ｈｏｕｇｈ逆変換回路、 ２１ Ｈｏｕｇｈ直線変換回路、 ２２ 直線群交点検出回路、 ２３ Ｈｏｕｇｈ直線逆変換回路、 ２４ Ｈｏｕｇｈ曲線変換回路、 ２５ 曲線群交点検出回路、 ２６ Ｈｏｕｇｈ曲線逆変換回路。
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば、高分解能レーダ装置のレーダ信号処理装置における目標受信信号の位相ずれの補正に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のレーダ信号処理装置は、反射電力の最大点を示すレンジビンにおけるビデオ信号を時間をずらしながら、ある時間間隔でフーリエ変換し、出力されるスペクトル信号から最大振幅値となる基準点を検出した後、ドップラヒストリを算出して各パルスヒット毎の位相補償量を算出している（例えば、特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−１８７０７４号公報（第２−５頁、第１図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来のレーダ信号処理装置では、ある時間間隔でフーリエ変換した後のスペクトル波形が多峰で、かつ振幅値が最大となる峰の位置が時間毎に大きく変動するような場合、検出した基準点周波数がふらついて正確な位相補償量を算出することができず、画像がぼけたり、にじんだりするという課題があった。
【０００５】
この発明はかかる課題を解決するためになされたもので、検出した基準点周波数がふらついて正確な位相補償量を算出することができず、画像がぼけたり、にじんだりするということを防止するレーダ信号処理装置を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るレーダ信号処理装置は、位相補正手段を、距離補正手段により補正された目標受信信号及びレーダと目標重心との初期距離を格納する格納手段、上記格納手段より出力されたレーダと目標重心との初期距離における目標受信信号を時間方向に小区間で周波数分析する区分周波数分析手段、上記区分周波数分析手段により得られたスペクトル波形の時間方向に対する軌跡（周波数−時間空間上の画像）に対してエッジ部を検出する画像エッジ部検出手段、上記画像エッジ部検出手段で検出されたエッジ部を基に画像を２値化する２値化手段、上記２値化手段で画像を２値化する際に必要な閾値を設定する閾値設定手段、上記２値化手段により得られた２値化画像におけるエッジ部周波数の時間方向に対する軌跡をパラメータ空間に射影する座標変換手段、上記座標変換手段により射影されたパラメータ空間上で線成分を抽出する線成分抽出手段、上記線成分抽出手段によりパラメータ空間上で抽出された線成分を元の座標空間へ逆射影する逆座標変換手段とにより構成したものである。
【０００７】
また、この発明に係るレーダ信号処理装置は、上記位相補正手段に、上記逆座標変換手段により求められたエッジ部周波数の時間方向に対する軌跡から位相補正量を算出する位相補正量算出手段、上記位相補正量算出手段により算出された位相補正量を用いて上記格納手段から出力された目標受信信号の位相を補正する位相補正手段とを具備したものである。
【０００８】
また、この発明に係る位相補正手段は、上記距離補正手段により補正された目標受信信号及びレーダと目標重心との初期距離を格納するバッファ回路、上記バッファ回路より出力されたレーダと目標重心との初期距離における目標受信信号を時間方向に小区間で周波数分析する区分周波数分析回路、上記区分周波数分析回路により得られたスペクトル波形の時間方向に対する軌跡（周波数−時間空間上の画像）に対してエッジ部を検出する画像エッジ部検出回路、上記画像エッジ部検出回路で検出されたエッジ部を基に画像を２値化する２値化回路、上記２値化回路で画像を２値化する際に必要な閾値を設定する閾値設定回路、上記２値化回路により得られた２値化画像におけるエッジ部周波数の時間方向に対する軌跡をパラメータ空間に射影する座標変換回路、上記座標変換回路により射影されたパラメータ空間上で線成分を抽出する線成分抽出回路、上記線成分抽出回路によりパラメータ空間上で抽出された線成分を元の座標空間へ逆射影する逆座標変換回路、上記逆座標変換回路により求められたエッジ部周波数の時間方向に対する軌跡から位相補正量を算出する位相補正量算出回路、上記位相補正量算出回路により算出された位相補正量を用いて上記バッファ回路から出力された目標受信信号の位相を補正する位相補正回路とにより構成したものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、図１２に示すレーダ信号処理装置におけるこの発明の位相補正部の実施の一形態を示すものである。なお、図１２は高分解能レーダ装置におけるレーダ信号処理装置の構成図を表している。
【００１０】
まず、上記図１２のように構成されたレーダ信号処理装置の動作について説明する。レーダ装置から入力された目標受信信号ＳＭはデータインタフェース部１で内部で処理できるデータ形式に変換され、パルス圧縮部２でパルス圧縮された後、距離補正部３で時間による距離ずれを補正し、目標受信信号ＲＳとして位相補正部４に出力する。また、距離補正部３ではレーダと目標重心との初期距離ＲＧを算出し、位相補正部４に出力する。位相補正部４では時間による距離ずれが補正された目標受信信号ＲＳ及びレーダと目標重心との初期距離ＲＧを用いて目標受信信号ＲＳの時間による位相ずれを補正し、目標受信信号ＲＤとして周波数分析部５に出力する。
【００１１】
この目標受信信号ＲＤは周波数分析部５で周波数分析されることによって周波数スペクトルに変換され、検波部６で画像データに変換された後、表示器インタフェース部７で表示器とのインタフェースを調整し、表示画像データＤとして出力される。
【００１２】
次に、上記図１のように構成された位相補正部４の動作について説明する。距離補正部３から入力された時間による距離ずれが補正された目標受信信号ＲＳ及びレーダと目標重心との初期距離ＲＧはバッファ回路８に格納され、目標受信信号ＲＳ及びレーダと目標重心との初期距離ＲＧにおける目標受信信号ＧＳとして出力される。
【００１３】
このレーダと目標重心との初期距離ＲＧにおける目標受信信号ＧＳは区分周波数分析回路９で時間方向に小区間で周波数分析され、得られたスペクトル波形の時間方向に対する軌跡（周波数−時間空間上の画像）に対して画像エッジ部検出回路１０でエッジ部を全て検出し、閾値設定回路１２で設定した閾値に基づいて２値化回路１１で周波数−時間空間上の画像を２値化した後、２値化画像におけるエッジ部周波数の時間方向に対する軌跡を座標変換回路１５へ出力する。
【００１４】
２値化回路１１により得られた２値化画像におけるエッジ部周波数の時間方向に対する軌跡は、座標変換回路１５でパラメータ空間に射影され、線成分抽出回路１６において軌跡に含まれる線成分がパラメータ空間上で抽出される。パラメータ空間上で抽出された線成分は逆座標変換回路１７で元の座標空間へ逆射影され、位相補正量算出回路１３に出力される。
【００１５】
位相補正量算出回路１３では、上記で抽出された線成分から位相補正量を算出する。位相補正回路１４は位相補正量算出回路１３で算出した位相補正量を用いてバッファ回路８から出力された時間による距離ずれが補正された目標受信信号ＲＳの位相を補正し、時間による位相ずれが補正された目標受信信号ＲＤとして周波数分析部５へ出力する。
【００１６】
次に、上記図１のように構成された位相補正部４を図５，図６，図７及び図８を用いて説明する。図５は区分周波数分析回路の動作を示した図、図６は区分周波数分析後のスペクトル波形、並びに区分周波数分析後のスペクトル波形の時間方向に対する軌跡（周波数−時間空間上の画像）を表した図、図７は画像エッジ部検出回路、並びに閾値設定回路及び２値化回路の動作を示した図、図８は座標変換回路、線成分抽出回路及び逆座標変換回路の動作を示した図である。
【００１７】
時間による距離ずれが補正された目標受信信号ＲＳをSi,j （ここで、ｉはレンジビン番号、ｊはパルスヒット番号、ｉ，ｊは自然数である。）、レーダと目標重心との初期距離ＲＧの存在するレンジビン番号をｒと定義するとレーダと目標重心との初期距離ＲＧにおける目標受信信号ＧＳはSr,jと表され、図５（ａ）のような波形が得られる。Sr,jに対し、区分周波数分析回路９で時間方向（パルスヒット方向）に小区間で周波数分析を行うと図５（ｂ）のような波形が得られ、周波数fmと振幅Am kの関係（ここで、ｋは区分周波数分析番号、ｍは周波数ビン番号、ｋ，ｍは自然数である。）は“数１”で表される。
【００１８】
【数１】
各区分周波数分析番号ｋにおいて、周波数fmと振幅Am kの波形は図６（ａ）のように表される。また、図６（ｂ）は図６（ａ）で表される波形を時間方向にプロットした軌跡であり、周波数−時間空間上の濃淡画像で表される。
【００２０】
図６（ｂ）の画像に対して画像エッジ部検出回路１０でエッジ検出を行うと図７（ａ）のような画像が得られ、画像に含まれる全てのエッジ部が検出される。画像エッジ部検出回路１０では、例えば、微分オペレータのような線形フィルタや非線形フィルタ等を用いて、画像に含まれるエッジ部を検出する。
【００２１】
次に、画像エッジ部検出回路１０で検出されたエッジ部に基づいて図７（ａ）の画像を２値化回路１１で２値化すると図７（ｂ）のような２値化画像が得られ、エッジ部周波数の時間方向に対する軌跡が求められる。但し、画像を２値化する際、閾値設定回路１２で２値化の閾値を事前に設定する。区分周波数分析後のスペクトル波形が多峰で、かつ振幅値が最大となる峰の位置が時間毎に大きく変動するような場合、エッジ部周波数の時間方向に対する軌跡は図７（ｂ）のような複数の線成分を有する。
【００２２】
なお、図６（ｂ）、図７（ａ）及び図７（ｂ）における各画像中の濃淡表示は、画像各点の振幅強度を表している。これらの図では、振幅強度の強い点を黒色、振幅強度の弱い点を白色で表している。
【００２３】
今、図７（ｂ）の軌跡に含まれる線成分の１つを“数２”で定義すると、この線成分は図８（ａ）のように表される。
【００２４】
【数２】
ここで、座標変換回路１５において図７（ｂ）の軌跡上の点群を座標変換すると、軌跡に含まれる線成分はパラメータ空間上の点に射影される。但し、図７（ｂ）の軌跡に含まれる線成分が複数あり、かつそれらが同一のパラメータを持つ線成分でない場合には、各線成分毎にパラメータ空間上の異なる点に射影されるため、図８（ｂ）に示すように線成分抽出回路１６において主要な線成分に対応したパラメータ空間上の点Ｐ(ａ0,ｂ0，…,ｃ0)を抽出する。なお、ここで述べた主要な線成分とは、図７（ｂ）の軌跡に含まれる最長の線成分をさす。
【００２６】
次に、逆座標変換回路１７において、線成分抽出回路１６で抽出した点Ｐ(ａ0,ｂ0，…,ｃ0)を逆座標変換して元の座標空間へ逆射影すると、図８（ｃ）のように逆座標変換され、図７（ｂ）の軌跡に含まれる主要な線成分の式（時間ｔと周波数Ｆ'(ｔ)の関係）は“数３”を用いて求めることができる。
【００２７】
【数３】
位相補正量算出回路１３では、位相補正量Wjを“数４”で算出する。
【００２９】
【数４】
位相補正回路１４では、Si,j の位相を位相補正量Wjを用いて“数５”で補正する。但し、時間による位相ずれが補正された目標受信信号ＲＤをS'i,j と定義する。
【００３１】
【数５】
実施の形態２．
図２に示される実施の形態では、上記実施の形態１における位相補正部４の座標変換手段、線成分抽出手段及び逆座標変換手段をそれぞれＨｏｕｇｈ変換回路１８、射影軌跡交点検出回路１９及びＨｏｕｇｈ逆変換回路２０に置き換えている。
【００３３】
まず、上記図２のように構成された位相補正部４の動作について説明する。距離補正部３から入力された時間による距離ずれが補正された目標受信信号ＲＳ及びレーダと目標重心との初期距離ＲＧはバッファ回路８に格納され、目標受信信号ＲＳ及びレーダと目標重心との初期距離ＲＧにおける目標受信信号ＧＳとして出力される。
【００３４】
このレーダと目標重心との初期距離ＲＧにおける目標受信信号ＧＳは区分周波数分析回路９で時間方向に小区間で周波数分析され、得られたスペクトル波形の時間方向に対する軌跡（周波数−時間空間上の画像）に対して画像エッジ部検出回路１０でエッジ部を全て検出し、閾値設定回路１２で設定した閾値に基づいて２値化回路１１で周波数−時間空間上の画像を２値化した後、２値化画像におけるエッジ部周波数の時間方向に対する軌跡をＨｏｕｇｈ変換回路１８へ出力する。
【００３５】
２値化回路１１により得られた２値化画像におけるエッジ部周波数の時間方向に対する軌跡は、Ｈｏｕｇｈ変換回路１８でパラメータ空間に射影され、射影軌跡交点検出回路１９において射影された射影軌跡の交点を検出することにより軌跡に含まれる線成分がパラメータ空間上で検出される。パラメータ空間上で検出された線成分はＨｏｕｇｈ逆変換回路２０で元の座標空間へ逆射影され、位相補正量算出回路１３に出力される。
【００３６】
位相補正量算出回路１３では、上記で検出された線成分から位相補正量を算出する。位相補正回路１４は位相補正量算出回路１３で算出した位相補正量を用いてバッファ回路８から出力された時間による距離ずれが補正された目標受信信号ＲＳの位相を補正し、時間による位相ずれが補正された目標受信信号ＲＤとして周波数分析部５へ出力する。
【００３７】
次に、上記図２のように構成された位相補正部４を図７及び図９を用いて説明する。図９はＨｏｕｇｈ変換回路、射影軌跡交点検出回路及びＨｏｕｇｈ逆変換回路の動作を示した図である。
【００３８】
画像エッジ部検出回路１０で検出されたエッジ部に基づいて図７（ａ）の画像を２値化回路１１で２値化すると図７（ｂ）のような２値化画像が得られ、エッジ部周波数の時間方向に対する軌跡が求められる。但し、画像を２値化する際、閾値設定回路１２で２値化の閾値を事前に設定する。区分周波数分析後のスペクトル波形が多峰で、かつ振幅値が最大となる峰の位置が時間毎に大きく変動するような場合、エッジ部周波数の時間方向に対する軌跡は図７（ｂ）のような複数の線成分を有する。
【００３９】
今、図７（ｂ）の軌跡に含まれる線成分の１つを“数２”で定義すると、この線成分は図９（ａ）のように表される。
【００４０】
ここで、Ｈｏｕｇｈ変換回路１８において図７（ｂ）の軌跡上の点群を“数６”を用いてＨｏｕｇｈ変換すると、図９（ｂ）に示すようなパラメータ空間上の射影軌跡に射影され、これら射影軌跡の交点が図７（ｂ）の軌跡に含まれる線成分を表すことになる。但し、図７（ｂ）の軌跡に含まれる線成分が複数あり、かつそれらが同一のパラメータを持つ線成分でない場合には、各線成分毎にパラメータ空間上で異なる交点として現れるため、射影軌跡交点検出回路１９では射影軌跡の交差回数の最も多い交点を検出することで主要な線成分に対応したパラメータ空間上の交点Ｐ(ａ0,ｂ0，…,ｃ0)を検出する。なお、ここで述べた主要な線成分とは、図７（ｂ）の軌跡に含まれる最長の線成分をさす。
【００４１】
【数６】
次に、Ｈｏｕｇｈ逆変換回路２０において、射影軌跡交点検出回路１９で検出した交点Ｐ(ａ0,ｂ0，…,ｃ0)をＨｏｕｇｈ逆変換して元の座標空間へ逆射影すると、図９（ｃ）のように逆座標変換され、図７（ｂ）の軌跡に含まれる主要な線成分の式（時間ｔと周波数Ｆ'(ｔ)の関係）は“数７”を用いて求めることができる。
【００４３】
【数７】
このような実施態様によれば、エッジ部周波数の時間方向に対する軌跡（周波数−時間空間上の画像）に含まれる主要な線成分をＨｏｕｇｈ変換したパラメータ空間上で一意に決定するため、線成分の検出精度が向上する。また、スペクトル波形が多峰で、かつ振幅値が最大となる峰の位置が時間毎に大きく変動するような場合でも変動の影響を受けにくく、安定して基準点周波数を検出することができ、画像のぼけやにじみを除去することができる。
【００４５】
実施の形態３．
図３に示される実施の形態では、上記実施の形態１における位相補正部４の座標変換手段、線成分抽出手段及び逆座標変換手段をそれぞれＨｏｕｇｈ直線変換回路２１、直線群交点検出回路２２及びＨｏｕｇｈ直線逆変換回路２３に置き換えている。
【００４６】
まず、上記図３のように構成された位相補正部４の動作について説明する。距離補正部３から入力された時間による距離ずれが補正された目標受信信号ＲＳ及びレーダと目標重心との初期距離ＲＧはバッファ回路８に格納され、目標受信信号ＲＳ及びレーダと目標重心との初期距離ＲＧにおける目標受信信号ＧＳとして出力される。
【００４７】
このレーダと目標重心との初期距離ＲＧにおける目標受信信号ＧＳは区分周波数分析回路９で時間方向に小区間で周波数分析され、得られたスペクトル波形の時間方向に対する軌跡（周波数−時間空間上の画像）に対して画像エッジ部検出回路１０でエッジ部を全て検出し、閾値設定回路１２で設定した閾値に基づいて２値化回路１１で周波数−時間空間上の画像を２値化した後、２値化画像におけるエッジ部周波数の時間方向に対する軌跡をＨｏｕｇｈ直線変換回路２１へ出力する。
【００４８】
２値化回路１１により得られた２値化画像におけるエッジ部周波数の時間方向に対する軌跡は、Ｈｏｕｇｈ直線変換回路２１でパラメータ空間に射影され、直線群交点検出回路２２において射影された直線群の交点を検出することにより軌跡に含まれる線成分がパラメータ空間上で検出される。パラメータ空間上で検出された線成分はＨｏｕｇｈ直線逆変換回路２３で元の座標空間へ逆射影され、位相補正量算出回路１３に出力される。
【００４９】
位相補正量算出回路１３では、上記で検出された線成分から位相補正量を算出する。位相補正回路１４は位相補正量算出回路１３で算出した位相補正量を用いてバッファ回路８から出力された時間による距離ずれが補正された目標受信信号ＲＳの位相を補正し、時間による位相ずれが補正された目標受信信号ＲＤとして周波数分析部５へ出力する。
【００５０】
次に、上記図３のように構成された位相補正部４を図７及び図１０を用いて説明する。図１０はＨｏｕｇｈ直線変換回路、直線群交点検出回路及びＨｏｕｇｈ直線逆変換回路の動作を示した図である。
【００５１】
画像エッジ部検出回路１０で検出されたエッジ部に基づいて図７（ａ）の画像を２値化回路１１で２値化すると図７（ｂ）のような２値化画像が得られ、エッジ部周波数の時間方向に対する軌跡が求められる。但し、画像を２値化する際、閾値設定回路１２で２値化の閾値を事前に設定する。区分周波数分析後のスペクトル波形が多峰で、かつ振幅値が最大となる峰の位置が時間毎に大きく変動するような場合、エッジ部周波数の時間方向に対する軌跡は図７（ｂ）のような複数の線成分を有する。
【００５２】
今、図７（ｂ）の軌跡に含まれる線成分の１つを“数８”で定義すると、この線成分は図１０（ａ）のように表される。
【００５３】
【数８】
ここで、Ｈｏｕｇｈ直線変換回路２１において図７（ｂ）の軌跡上の点群を“数９”を用いてＨｏｕｇｈ直線変換すると、図１０（ｂ）に示すようなパラメータ空間上の直線群に射影され、これら直線群の交点が図７（ｂ）の軌跡に含まれる線成分を表すことになる。但し、図７（ｂ）の軌跡に含まれる線成分が複数あり、かつそれらが同一のパラメータを持つ線成分でない場合には、各線成分毎にパラメータ空間上で異なる交点として現れるため、直線群交点検出回路２２では直線群の交差回数の最も多い交点を検出することで主要な線成分に対応したパラメータ空間上の交点Ｐ(ｕ0,ｖ0)を検出する。なお、ここで述べた主要な線成分とは、図７（ｂ）の軌跡に含まれる最長の線成分をさす。
【００５５】
【数９】
次に、Ｈｏｕｇｈ直線逆変換回路２３において、直線群交点検出回路２２で検出した交点Ｐ(ｕ0,ｖ0)をＨｏｕｇｈ直線逆変換して元の座標空間へ逆射影すると、図１０（ｃ）のように逆座標変換され、図７（ｂ）の軌跡に含まれる主要な線成分の式（時間ｔと周波数Ｆ'(ｔ)の関係）は“数１０”を用いて求めることができる。
【００５７】
【数１０】
このような実施態様によれば、エッジ部周波数の時間方向に対する軌跡（周波数−時間空間上の画像）に含まれる主要な線成分をＨｏｕｇｈ変換したパラメータ空間上で一意に決定するため、線成分の検出精度が向上する。また、Ｈｏｕｇｈ直線を用いて座標変換を簡易化しているため、計算量の削除が可能になる。更に、スペクトル波形が多峰で、かつ振幅値が最大となる峰の位置が時間毎に大きく変動するような場合でも変動の影響を受けにくく、安定して基準点周波数を検出することができ、画像のぼけやにじみを除去することができる。
【００５９】
実施の形態４．
図４に示される実施の形態では、上記実施の形態１における位相補正部４の座標変換手段、線成分抽出手段及び逆座標変換手段をそれぞれＨｏｕｇｈ曲線変換回路２４、曲線群交点検出回路２５及びＨｏｕｇｈ曲線逆変換回路２６に置き換えている。
【００６０】
まず、上記図４のように構成された位相補正部４の動作について説明する。距離補正部３から入力された時間による距離ずれが補正された目標受信信号ＲＳ及びレーダと目標重心との初期距離ＲＧはバッファ回路８に格納され、目標受信信号ＲＳ及びレーダと目標重心との初期距離ＲＧにおける目標受信信号ＧＳとして出力される。
【００６１】
このレーダと目標重心との初期距離ＲＧにおける目標受信信号ＧＳは区分周波数分析回路９で時間方向に小区間で周波数分析され、得られたスペクトル波形の時間方向に対する軌跡（周波数−時間空間上の画像）に対して画像エッジ部検出回路１０でエッジ部を全て検出し、閾値設定回路１２で設定した閾値に基づいて２値化回路１１で周波数−時間空間上の画像を２値化した後、２値化画像におけるエッジ部周波数の時間方向に対する軌跡をＨｏｕｇｈ曲線変換回路２４へ出力する。
【００６２】
２値化回路１１により得られた２値化画像におけるエッジ部周波数の時間方向に対する軌跡は、Ｈｏｕｇｈ曲線変換回路２４でパラメータ空間に射影され、曲線群交点検出回路２５において射影された曲線群の交点を検出することにより軌跡に含まれる線成分がパラメータ空間上で検出される。パラメータ空間上で検出された線成分はＨｏｕｇｈ曲線逆変換回路２６で元の座標空間へ逆射影され、位相補正量算出回路１３に出力される。
【００６３】
位相補正量算出回路１３では、上記で検出された線成分から位相補正量を算出する。位相補正回路１４は位相補正量算出回路１３で算出した位相補正量を用いてバッファ回路８から出力された時間による距離ずれが補正された目標受信信号ＲＳの位相を補正し、時間による位相ずれが補正された目標受信信号ＲＤとして周波数分析部５へ出力する。
【００６４】
次に、上記図４のように構成された位相補正部４を図７及び図１１を用いて説明する。図１１はＨｏｕｇｈ曲線変換回路、曲線群交点検出回路及びＨｏｕｇｈ曲線逆変換回路の動作を示した図である。
【００６５】
画像エッジ部検出回路１０で検出されたエッジ部に基づいて図７（ａ）の画像を２値化回路１１で２値化すると図７（ｂ）のような２値化画像が得られ、エッジ部周波数の時間方向に対する軌跡が求められる。但し、画像を２値化する際、閾値設定回路１２で２値化の閾値を事前に設定する。区分周波数分析後のスペクトル波形が多峰で、かつ振幅値が最大となる峰の位置が時間毎に大きく変動するような場合、エッジ部周波数の時間方向に対する軌跡は図７（ｂ）のような複数の線成分を有する。
【００６６】
今、図７（ｂ）の軌跡に含まれる線成分の１つを“数８”で定義すると、この線成分は図１１（ａ）のように表される。
【００６７】
ここで、Ｈｏｕｇｈ曲線変換回路２４において図７（ｂ）の軌跡上の点群を“数１１”を用いてＨｏｕｇｈ曲線変換すると、図１１（ｂ）に示すようなパラメータ空間上の曲線群に射影され、これら曲線群の交点が図７（ｂ）の軌跡に含まれる線成分を表すことになる。但し、図７（ｂ）の軌跡に含まれる線成分が複数あり、かつそれらが同一のパラメータを持つ線成分でない場合には、各線成分毎にパラメータ空間上で異なる交点として現れるため、曲線群交点検出回路２５では曲線群の交差回数の最も多い交点を検出することで主要な線成分に対応したパラメータ空間上の交点Ｐ(θ0,ρ0)を検出する。なお、ここで述べた主要な線成分とは、図７（ｂ）の軌跡に含まれる最長の線成分をさす。
【００６８】
【数１１】
“数１１”を用いたＨｏｕｇｈ曲線変換を行えば、曲線群交点検出回路２５において、θを−π[radian]からπ[radian]（或いは０[radian]から２π[radian]）まで、ρを−（ｔ＋Ｆ'(ｔ)）からｔ＋Ｆ'(ｔ)まで検索して、曲線群の交点を検出すればよい。このように、曲線群の交点の検出範囲が限定されるため、計算量の更なる削除が可能になる。
【００７０】
次に、Ｈｏｕｇｈ曲線逆変換回路２６において、曲線群交点検出回路２５で検出した交点Ｐ(θ0,ρ0)をＨｏｕｇｈ曲線逆変換して元の座標空間へ逆射影すると、図１１（ｃ）のように逆座標変換され、図７（ｂ）の軌跡に含まれる主要な線成分の式（時間ｔと周波数Ｆ'(ｔ)の関係）は“数１２”を用いて求めることができる。但し、“数１２”はcosθ0及びsinθ0の値が共に０でない場合のみ有効である。
【００７１】
【数１２】
“数１２”において、cosθ0の値が０で、かつsinθ0の値が０でない場合には、“数１２”の代りに“数１３”を用いる。
【００７３】
【数１３】
“数１２”において、sinθ0の値が０で、かつcosθ0の値が０でない場合には、“数１２”の代りに“数１４”を用いる。
【００７５】
【数１４】
このような実施態様によれば、エッジ部周波数の時間方向に対する軌跡（周波数−時間空間上の画像）に含まれる主要な線成分をＨｏｕｇｈ変換したパラメータ空間上で一意に決定するため、線成分の検出精度が向上する。また、Ｈｏｕｇｈ曲線を用いて座標変換を簡易化することで曲線群の交点の検出範囲が限定されるため、計算量の更なる削除が可能になる。更に、スペクトル波形が多峰で、かつ振幅値が最大となる峰の位置が時間毎に大きく変動するような場合でも変動の影響を受けにくく、安定して基準点周波数を検出することができ、画像のぼけやにじみを除去することができる。
【００７７】
【発明の効果】
この発明によれば、エッジ部周波数の時間方向に対する軌跡（周波数−時間空間上の画像）に含まれる主要な線成分を座標変換したパラメータ空間上で一意に決定するため、線成分の検出精度が向上する。また、スペクトル波形が多峰で、かつ振幅値が最大となる峰の位置が時間毎に大きく変動するような場合でも変動の影響を受けにくく、安定して基準点周波数を検出することができ、画像のぼけやにじみを除去することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１を示す位相補正部の構成図である。
【図２】 この発明の実施の形態２を示す位相補正部の構成図である。
【図３】 この発明の実施の形態３を示す位相補正部の構成図である。
【図４】 この発明の実施の形態４を示す位相補正部の構成図である。
【図５】 区分周波数分析回路の動作を示す図である。
【図６】 区分周波数分析後のスペクトル波形、並びに区分周波数分析後のスペクトル波形の時間方向に対する軌跡（周波数−時間空間上の画像）を表す図である。
【図７】 画像エッジ部検出回路、並びに閾値設定回路及び２値化回路の動作を示す図である。
【図８】 座標変換回路、線成分抽出回路及び逆座標変換回路の動作を示す図である。
【図９】 Ｈｏｕｇｈ変換回路、射影軌跡交点検出回路及びＨｏｕｇｈ逆変換回路の動作を示す図である。
【図１０】 Ｈｏｕｇｈ直線変換回路、直線群交点検出回路及びＨｏｕｇｈ直線逆変換回路の動作を示す図である。
【図１１】 Ｈｏｕｇｈ曲線変換回路、曲線群交点検出回路及びＨｏｕｇｈ曲線逆変換回路の動作を示す図である。
【図１２】 高分解能レーダ装置におけるレーダ信号処理装置の構成図である。
【符号の説明】
１ データインタフェース部、 ２ パルス圧縮部、 ３ 距離補正部、 ４位相補正部、 ５ 周波数分析部、 ６ 検波部、 ７ 表示器インタフェース部、 ８ バッファ回路、 ９ 区分周波数分析回路、 １０ 画像エッジ部検出回路、 １１ ２値化回路、 １２ 閾値設定回路、 １３ 位相補正量算出回路、 １４ 位相補正回路、 １５ 座標変換回路、 １６ 線成分抽出回路、 １７ 逆座標変換回路、 １８ Ｈｏｕｇｈ変換回路、 １９ 射影軌跡交点検出回路、 ２０ Ｈｏｕｇｈ逆変換回路、 ２１ Ｈｏｕｇｈ直線変換回路、 ２２ 直線群交点検出回路、 ２３ Ｈｏｕｇｈ直線逆変換回路、 ２４ Ｈｏｕｇｈ曲線変換回路、 ２５ 曲線群交点検出回路、 ２６ Ｈｏｕｇｈ曲線逆変換回路。
Claims (8)
- レーダ装置から入力された目標受信信号をパルス圧縮するパルス圧縮手段と、上記パルス圧縮手段によりパルス圧縮された目標受信信号の時間による距離ずれを補正する距離補正手段と、上記距離補正手段により補正された目標受信信号の時間による位相ずれを補正する位相補正手段とを備えたレーダ信号処理装置において、
上記位相補正手段は、上記距離補正手段により補正された目標受信信号及びレーダと目標重心との初期距離を格納する格納手段、上記格納手段より出力されたレーダと目標重心との初期距離における目標受信信号を時間方向に小区間で周波数分析する区分周波数分析手段、上記区分周波数分析手段により得られたスペクトル波形の時間方向に対する軌跡（周波数−時間空間上の画像）に対してエッジ部を検出する画像エッジ部検出手段、上記画像エッジ部検出手段で検出されたエッジ部を基に画像を２値化する２値化手段、上記２値化手段で画像を２値化する際に必要な閾値を設定する閾値設定手段、上記２値化手段により得られた２値化画像におけるエッジ部周波数の時間方向に対する軌跡をパラメータ空間に射影する座標変換手段、上記座標変換手段により射影されたパラメータ空間上で線成分を抽出する線成分抽出手段、上記線成分抽出手段によりパラメータ空間上で抽出された線成分を元の座標空間へ逆射影する逆座標変換手段と、上記逆座標変換手段により求められたエッジ部周波数の時間方向に対する軌跡から位相補正量を算出する位相補正量算出手段と、上記位相補正量算出手段により算出された位相補正量を用いて上記格納手段から出力された目標受信信号の位相を補正する補正手段とを具備したことを特徴とするレーダ信号処理装置。 - 上記位相補正手段は、上記距離補正手段により補正された目標受信信号及びレーダと目標重心との初期距離を格納するバッファ回路、上記バッファ回路より出力されたレーダと目標重心との初期距離における目標受信信号を時間方向に小区間で周波数分析する区分周波数分析回路、上記区分周波数分析回路により得られたスペクトル波形の時間方向に対する軌跡（周波数−時間空間上の画像）に対してエッジ部を検出する画像エッジ部検出回路、上記画像エッジ部検出回路で検出されたエッジ部を基に画像を２値化する２値化回路、上記２値化回路で画像を２値化する際に必要な閾値を設定する閾値設定回路、上記２値化回路により得られた２値化画像におけるエッジ部周波数の時間方向に対する軌跡をパラメータ空間に射影する座標変換回路、上記座標変換回路により射影されたパラメータ空間上で線成分を抽出する線成分抽出回路、上記線成分抽出回路によりパラメータ空間上で抽出された線成分を元の座標空間へ逆射影する逆座標変換回路、上記逆座標変換回路により求められたエッジ部周波数の時間方向に対する軌跡から位相補正量を算出する位相補正量算出回路、上記位相補正量算出回路により算出された位相補正量を用いて上記バッファ回路から出力された目標受信信号の位相を補正する位相補正回路とを具備したことを特徴とする請求項１記載のレーダ信号処理装置。
- レーダ装置から入力された目標受信信号をパルス圧縮するパルス圧縮手段と、上記パルス圧縮手段によりパルス圧縮された目標受信信号の時間による距離ずれを補正する距離補正手段と、上記距離補正手段により補正された目標受信信号の時間による位相ずれを補正する位相補正手段とを備えたレーダ信号処理装置において、
上記位相補正手段は、上記距離補正手段により補正された目標受信信号及びレーダと目標重心との初期距離を格納する格納手段、上記格納手段より出力されたレーダと目標重心との初期距離における目標受信信号を時間方向に小区間で周波数分析する区分周波数分析手段、上記区分周波数分析手段により得られたスペクトル波形の時間方向に対する軌跡（周波数−時間空間上の画像）に対してエッジ部を検出する画像エッジ部検出手段、上記画像エッジ部検出手段で検出されたエッジ部を基に画像を２値化する２値化手段、上記２値化手段で画像を２値化する際に必要な閾値を設定する閾値設定手段、上記２値化手段により得られた２値化画像におけるエッジ部周波数の時間方向に対する軌跡をＨｏｕｇｈ変換してパラメータ空間に射影するＨｏｕｇｈ変換手段、上記Ｈｏｕｇｈ変換手段により射影されたパラメータ空間上で射影軌跡の交差回数の最も多い交点を検出する射影軌跡交点検出手段、上記射影軌跡交点検出手段によりパラメータ空間上で検出された射影軌跡の交点を逆座標変換して元の座標空間へ逆射影するＨｏｕｇｈ逆変換手段と、上記Ｈｏｕｇｈ逆変換手段により求められたエッジ部周波数の時間方向に対する軌跡から位相補正量を算出する位相補正量算出手段と、上記位相補正量算出手段により算出された位相補正量を用いて上記格納手段から出力された目標受信信号の位相を補正する補正手段とを具備したことを特徴とするレーダ信号処理装置。 - 上記位相補正手段は、上記距離補正手段により補正された目標受信信号及びレーダと目標重心との初期距離を格納するバッファ回路、上記バッファ回路より出力されたレーダと目標重心との初期距離における目標受信信号を時間方向に小区間で周波数分析する区分周波数分析回路、上記区分周波数分析回路により得られたスペクトル波形の時間方向に対する軌跡（周波数−時間空間上の画像）に対してエッジ部を検出する画像エッジ部検出回路、上記画像エッジ部検出回路で検出されたエッジ部を基に画像を２値化する２値化回路、上記２値化回路で画像を２値化する際に必要な閾値を設定する閾値設定回路、上記２値化回路により得られた２値化画像におけるエッジ部周波数の時間方向に対する軌跡をＨｏｕｇｈ変換してパラメータ空間に射影するＨｏｕｇｈ変換回路、上記Ｈｏｕｇｈ変換回路により射影されたパラメータ空間上で射影軌跡の交点を検出する射影軌跡交点検出回路、上記射影軌跡交点検出回路によりパラメータ空間上で検出された射影軌跡の交点を逆座標変換して元の座標空間へ逆射影するＨｏｕｇｈ逆変換回路、上記Ｈｏｕｇｈ逆変換回路により求められたエッジ部周波数の時間方向に対する軌跡から位相補正量を算出する位相補正量算出回路、上記位相補正量算出回路により算出された位相補正量を用いて上記バッファ回路から出力された目標受信信号の位相を補正する位相補正回路とを具備したことを特徴とする請求項３記載のレーダ信号処理装置。
- レーダ装置から入力された目標受信信号をパルス圧縮するパルス圧縮手段と、上記パルス圧縮手段によりパルス圧縮された目標受信信号の時間による距離ずれを補正する距離補正手段と、上記距離補正手段により補正された目標受信信号の時間による位相ずれを補正する位相補正手段とを備えたレーダ信号処理装置において、
上記位相補正手段は、上記距離補正手段により補正された目標受信信号及びレーダと目標重心との初期距離を格納する格納手段、上記格納手段より出力されたレーダと目標重心との初期距離における目標受信信号を時間方向に小区間で周波数分析する区分周波数分析手段、上記区分周波数分析手段により得られたスペクトル波形の時間方向に対する軌跡（周波数−時間空間上の画像）に対してエッジ部を検出する画像エッジ部検出手段、上記画像エッジ部検出手段で検出されたエッジ部を基に画像を２値化する２値化手段、上記２値化手段で画像を２値化する際に必要な閾値を設定する閾値設定手段、上記２値化手段により得られた２値化画像におけるエッジ部周波数の時間方向に対する軌跡をＨｏｕｇｈ直線変換してパラメータ空間に射影するＨｏｕｇｈ直線変換手段、上記Ｈｏｕｇｈ直線変換手段により射影されたパラメータ空間上で直線群の交差回数の最も多い交点を検出する直線群交点検出手段、上記直線群交点検出手段によりパラメータ空間上で検出された直線群の交点を逆座標変換して元の座標空間へ逆射影するＨｏｕｇｈ直線逆変換手段と、上記Ｈｏｕｇｈ直線逆変換手段により求められたエッジ部周波数の時間方向に対する軌跡から位相補正量を算出する位相補正量算出手段、上記位相補正量算出手段により算出された位相補正量を用いて上記格納手段から出力された目標受信信号の位相を補正する補正手段とを具備したことを特徴とするレーダ信号処理装置。 - 上記位相補正手段は、上記距離補正手段により補正された目標受信信号及びレーダと目標重心との初期距離を格納するバッファ回路、上記バッファ回路より出力されたレーダと目標重心との初期距離における目標受信信号を時間方向に小区間で周波数分析する区分周波数分析回路、上記区分周波数分析回路により得られたスペクトル波形の時間方向に対する軌跡（周波数−時間空間上の画像）に対してエッジ部を検出する画像エッジ部検出回路、上記画像エッジ部検出回路で検出されたエッジ部を基に画像を２値化する２値化回路、上記２値化回路で画像を２値化する際に必要な閾値を設定する閾値設定回路、上記２値化回路により得られた２値化画像におけるエッジ部周波数の時間方向に対する軌跡をＨｏｕｇｈ直線変換してパラメータ空間に射影するＨｏｕｇｈ直線変換回路、上記Ｈｏｕｇｈ直線変換回路により射影されたパラメータ空間上で直線群の交点を検出する直線群交点検出回路、上記直線群交点検出回路によりパラメータ空間上で検出された直線群の交点を逆座標変換して元の座標空間へ逆射影するＨｏｕｇｈ直線逆変換回路、上記Ｈｏｕｇｈ直線逆変換回路により求められたエッジ部周波数の時間方向に対する軌跡から位相補正量を算出する位相補正量算出回路、上記位相補正量算出回路により算出された位相補正量を用いて上記バッファ回路から出力された目標受信信号の位相を補正する位相補正回路とを具備したことを特徴とする請求項５記載のレーダ信号処理装置。
- レーダ装置から入力された目標受信信号をパルス圧縮するパルス圧縮手段と、上記パルス圧縮手段によりパルス圧縮された目標受信信号の時間による距離ずれを補正する距離補正手段と、上記距離補正手段により補正された目標受信信号の時間による位相ずれを補正する位相補正手段とを備えたレーダ信号処理装置において、上記位相補正手段は、上記距離補正手段により補正された目標受信信号及びレーダと目標重心との初期距離を格納する格納手段、上記格納手段より出力されたレーダと目標重心との初期距離における目標受信信号を時間方向に小区間で周波数分析する区分周波数分析手段、上記区分周波数分析手段により得られたスペクトル波形の時間方向に対する軌跡（周波数−時間空間上の画像）に対してエッジ部を検出する画像エッジ部検出手段、上記画像エッジ部検出手段で検出されたエッジ部を基に画像を２値化する２値化手段、上記２値化手段で画像を２値化する際に必要な閾値を設定する閾値設定手段、上記２値化手段により得られた２値化画像におけるエッジ部周波数の時間方向に対する軌跡をＨｏｕｇｈ曲線変換してパラメータ空間に射影するＨｏｕｇｈ曲線変換手段、上記Ｈｏｕｇｈ曲線変換手段により射影されたパラメータ空間上で曲線群の交点を検出する曲線群交点検出手段、上記曲線群交点検出手段によりパラメータ空間上で検出された曲線群の交差回数の最も多い交点を逆座標変換して元の座標空間へ逆射影するＨｏｕｇｈ曲線逆変換手段と、上記Ｈｏｕｇｈ曲線逆変換手段により求められたエッジ部周波数の時間方向に対する軌跡から位相補正量を算出する位相補正量算出手段、上記位相補正量算出手段により算出された位相補正量を用いて上記格納手段から出力された目標受信信号の位相を補正する補正手段とを具備したことを特徴とするレーダ信号処理装置。
- 上記位相補正手段は、上記距離補正手段により補正された目標受信信号及びレーダと目標重心との初期距離を格納するバッファ回路、上記バッファ回路より出力されたレーダと目標重心との初期距離における目標受信信号を時間方向に小区間で周波数分析する区分周波数分析回路、上記区分周波数分析回路により得られたスペクトル波形の時間方向に対する軌跡（周波数−時間空間上の画像）に対してエッジ部を検出する画像エッジ部検出回路、上記画像エッジ部検出回路で検出されたエッジ部を基に画像を２値化する２値化回路、上記２値化回路で画像を２値化する際に必要な閾値を設定する閾値設定回路、上記２値化回路により得られた２値化画像におけるエッジ部周波数の時間方向に対する軌跡をＨｏｕｇｈ曲線変換してパラメータ空間に射影するＨｏｕｇｈ曲線変換回路、上記Ｈｏｕｇｈ曲線変換回路により射影されたパラメータ空間上で曲線群の交点を検出する曲線群交点検出回路、上記曲線群交点検出回路によりパラメータ空間上で検出された曲線群の交点を逆座標変換して元の座標空間へ逆射影するＨｏｕｇｈ曲線逆変換回路、上記Ｈｏｕｇｈ曲線逆変換回路により求められたエッジ部周波数の時間方向に対する軌跡から位相補正量を算出する位相補正量算出回路、上記位相補正量算出回路により算出された位相補正量を用いて上記バッファ回路から出力された目標受信信号の位相を補正する位相補正回路とを具備したことを特徴とする請求項７記載のレーダ信号処理装置。
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