JP4597444B2

JP4597444B2 - Synthetic aperture radar apparatus and image reproduction method in synthetic aperture radar apparatus

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Publication number: JP4597444B2
Application number: JP2001284923A
Authority: JP
Inventors: 秀樹長谷川; 雅史岩本; 哲郎桐本; 千晶柴田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2001-09-19
Filing date: 2001-09-19
Publication date: 2010-12-15
Anticipated expiration: 2021-09-19
Also published as: JP2003090880A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は航空機や衛星に搭載する合成開口レーダに係り、特に地表や海面を観測し画像化に特徴を有する合成開口レーダ装置および合成開口レーダ装置における像再生方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来この種の合成開口レーダ装置としては、図７に示すようなものがあった。図７は、W. G. Carrara, R. S. Goodman, R. M. Majewski, "Spotlight Synthetic Aperture Radar" Artech House, 1995、の９７ページに記載されたFigure3.9から想定される合成開口レーダ装置の構成図である。この装置はPolar Formatと呼ばれる像再生機能を備え、２次元の高分解能画像を生成することが目的である。
【０００３】
図７において、１は送受信アンテナで、プラットフォームに搭載され、高周波パルス信号を空間に放射するとともに、反射したエコー信号を収集する部分、２は動揺センサで、プラットフォームの運動を計測し、高周波パルス信号送受信時のプラットフォームの瞬時位置を出力する部分、３は送受切替部で、信号の送受信のモードを切り替える部分、４は信号送信部で、送受信アンテナ１で送信する高周波パルス信号を発生させる部分、５は信号受信部で、送受信アンテナ１で収集された信号を増幅し、中間周波数に変換し、デジタル信号に変換する部分、６はレンジＦＦＴ部で、信号受信部５の出力信号をレンジ方向に高速フーリエ変換(ＦＦＴ：Fast Fourier Transform)する部分である。
【０００４】
また、７は参照信号乗算部で、信号送信部４で生成される高周波パルス信号を加工して、レンジＦＦＴ部６の出力信号に乗算する部分、８はレンジ・位相補償処理部で、動揺センサ２の出力を用いて、観測中心位置からのエコーが同じレンジに、また、観測中心位置からのエコーの位相が一定値となるように、参照信号乗算部７の出力信号を補償する部分、９は信号補間部で、動揺センサ２の出力を用いて、レンジ・位相補償処理部８の出力信号を極座標上に配置し、ここから直角座標上の信号を補間する部分、１０は２次元ＩＦＦＴ部で、信号補間部９の出力信号を画像のレンジとアジマス方向の空間周波数に逆フーリエ変換(ＩＦＦＴ：Inverse Fast Fourier Transform)して、２次元の高分解能画像を出力する部分である。
【０００５】
次に動作について、図８のフローチャートとともに説明する。図８は従来の合成開口レーダ装置の動作を示すフローチャートである。なお、合成開口レーダは、レーダを搭載したプラットフォームが移動しながら電波を送受信して観測を行い、得られた信号を信号処理することで２次元の高分解能画像を得る装置である。ここで、観測中にプラットフォームが移動する距離を合成開口長、電波を送受信して得られた信号を処理することを合成開口処理と呼ぶ。
【０００６】
動作の説明にあたって、まず、使用する座標系を定義する。観測のジオメトリを図９に示す。図において、点Ｐは合成開口処理の中心位置におけるプラットフォーム位置で、点Ｐから地球表面に下ろした垂線が地球表面と交わる点を原点Ｏとする。Ｚ軸をＯＰ上にとり、点Ｐと観測中心Ｃを結ぶ直線がＹＺ平面に含まれるようにＹ軸を定義すると、Ｘ軸はこれら２つのベクトルと直交する向きに定義される。このとき、直線ＰＯと直線ＰＣのなす角をオフナディア角θofn、線分ＯＰの長さが軌道高度Ｈである。
【０００７】
この座標において、点Ｐを通りＸ軸と平行な直線をＫ軸とすると、プラットフォームは、ＫＹ平面において、Ｋ軸とスクイント角θsqをなす直線上を移動する。このときのプラットフォームの座標をｐ(ｈ)＝(ｐｘ(ｈ)、ｐｙ(ｈ)、ｐｚ(ｈ))とおく。ここに、ｈはヒットを表し、０≦ｈ≦ＮＨ−１である。このため、ｐ(ＮＨ／２)＝(０、０、Ｈ)となる。また、点Ｃを中心として、ベクトルＰＣを地表面に射影したベクトルを画像のレンジ軸ｙ、これと直交するベクトルを画像のアジマス軸ｘとする。
【０００８】
まず、カウンタｉを０にセットする(ステップＴ１)。信号送信部４が中心周波数ｆｃ、帯域幅Ｂｃｈの周波数変調を施した高周波パルス信号を生成し、送受信アンテナ１でこの高周波パルス信号を地表面に向けて送信する(ステップＴ２)。送受切替部３が送信を受信に切り替え、送信開始時間からTnear_range[s]後に、信号受信部５が時間長さTgate_size[s]だけレーダエコーを受信する。すると、レーダからの距離がc*Tnear_range/2からc*(Tnear_range/2ｃ+ Tgate_size)/2の間に存在する目標からのエコーが受信される。ここで、ｃは電磁波の伝播速度を表す。この高周波エコーをミキサを用いて中間周波数に変換する。即ち、周波数ｆｃを中心に周波数変調されてたエコーを、周波数０を中心に周波数変調されたエコーに変換する。さらにこのエコーを、サンプリング周波数ＢＡＤのＡ／Ｄ変換器でサンプリングすると、ＮＲ＝Tgate_size*ＢＡＤ点の複素信号が生成される(ステップＴ３)。この送受信を時間間隔ＴＰＲＩでＮＨ回繰返し、ＮＲ＊ＮＨの２次元配列の複素信号を得る(ステップＴ４、Ｔ５)。以降、図１０に示すように、信号がＮＲ点並ぶ方向をレンジ方向、ＮＨ点並ぶ方向をヒット方向と呼ぶこととする。
【０００９】
次にレンジＦＦＴ部６がステップＴ４の出力信号をレンジ方向にＦＦＴする(ステップＴ６)。以降、レンジ方向にＦＦＴした軸をレンジの空間周波数軸と呼ぶ。信号送信部４で生成した高周波パルス信号を時間について逆をとり、さらに複素共役をとり、レンジ圧縮の参照信号とする。レンジ圧縮の参照信号をＦＦＴし、ステップＴ６の出力信号と乗算する。このとき、レンジ圧縮の参照信号は１次元の信号であるため、ステップＴ６の出力信号の全てのヒットに対して、レンジの空間周波数方向で乗算する(ステップＴ７)。これによって、この出力結果をＩＦＦＴしたものは、レンジ方向に拡がっていた信号が圧縮されている。この概念図を図１１に示す。図１１の(ａ)がレンジ圧縮の参照信号を乗算する前の信号をレンジの空間周波数方向にＩＦＦＴしたものである。なお、ここでは、便宜上、観測領域内に信号が１点だけ存在する場合に得られる受信信号を扱っている。図１１の(ｂ)がレンジ圧縮の参照信号を乗算した後の信号をレンジの空間周波数方向にＩＦＦＴしたものである。
【００１０】
プラットフォームが直線軌道を移動しながら観測を行うため、レンジ軸においては図１２に示すように、観測中心Ｃからのエコーはヒット毎にその格納されるレンジが異なる。この現象をレンジマイグレーションと呼び、この相対的な距離変化をレンジマイグレーション量と呼ぶ。そこで、レンジ・位相補償処理部８が、動揺センサ２の出力を用いて、観測中心Ｃからのエコーが格納されるレンジを同一に、また、同エコーの位相を一定にするよう、レンジの空間周波数軸上で、ステップＴ７の出力信号を補償する。レンジの空間周波数領域において、レンジは信号の周波数に相当する。このため、レンジ軸上のレンジを変化させることは、レンジの空間周波数領域において信号の周波数を変化させることに相当する。これは、次式に示す２次元状の信号Ｒｅｆを乗算することで実現できる(ステップＴ８)。
【００１１】
【数１】

【００１２】
ここに、ｊは虚数単位、Ｒ０は合成開口の中心から距離、ｆｐは瞬時周波数、ｆｃは中心周波数を表す。
【００１３】
信号補間部９が、動揺センサ２の出力を用いて、ステップＴ８の出力信号を極座標上に配置する(ステップＴ９)。この信号配置は、瞬時周波数ｆｐ、およびＰＣとＯＣのなす角θｈから次式のように決定する。
【００１４】
【数２】

【００１５】
図１３に信号の配置を示す。同じく信号補間部９が、極座標上の信号から直角座標の格子点上の信号を補間する(ステップＴ１０)。補間後の信号の座標は、例えば次式のものが考えられる。
【００１６】
【数３】

【００１７】
図１４に補間後の信号の配置を示す。１／ρａ、１／ρｒは図１４に示されている。次に２次元ＩＦＦＴ部１０が、ステップＴ１０の出力信号を画像のレンジの空間周波数方向と、アジマスの空間周波数方向にＩＦＦＴする。結果、２次元の高分解能画像を得る。この軸は画像のレンジ軸とアジマス軸で構成され、各々は図９に示すｙ軸とｘ軸に相当する(ステップＴ１１)。
【００１８】
なお、Polar Formatは、観測領域内で電磁波の波面が平面であることを前提として近似しているため、この近似が成立する範囲に画像の大きさを制限する必要がある。このため、一度に大きな領域を像再生することができない。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
従来の合成開口レーダ装置は以上のように構成されていいたが、ここで、レンジ方向にＬｙ、アジマス方向にＬｘの画像を再生する場合を考える。従来の画像再生では、レンジ方向の処理点数は、画像の大きさと、画像内の目標のレンジマイグレーション量から決まっていた。画像内の目標とプラットフォームの距離が最小となる場合に観測されるエコー、および、最大となる場合に観測されるエコーが受信信号に含まれるように処理点数ＮＲを決定する。さらに、以降の処理は補間によって信号点数が変化するまで、レンジ方向はＮＲ点で処理する。しかし、遠距離を高い分解能で観測する場合には、再生画像の大きさに対し、レンジマイグレーション量が同じかそれ以上となってしまう。その結果、得られる画像の倍以上の信号を処理する必要があり、処理効率が悪かった。
【００２０】
例えば、合成開口の中心から距離Ｒ０の観測領域において、スクイント角θsq＝０で観測を行う場合、画像化領域の右端の目標までの距離はＲ０から次式に示すＲ１まで変化する。
【００２１】
【数４】

【００２２】
ここで、Ｌｓは合成開口長を表す。このとき、例えば、衛星搭載の合成開口レーダでアジマス分解能１ｍを実現する場合として、Ｒ０＝５００ｋｍ、Ｌｓ＝１００ｋｍとすると、変化幅は約１０ｋｍとなる。これに対し、この観測条件において、Polar Formatで再生できる画像の大きさは４ｋｍであるため、非常に効率が悪いことが分かる。従来の合成開口レーダ装置には以上のような課題があった。
【００２３】
この発明は上記のような課題を解消するためになされたもので、レンジ・位相補償をレンジの空間周波数軸上と、レンジ軸上に分けて実行することにより、以降のレンジ方向の処理点数を減少させ、演算量を削減した合成開口レーダ装置および合成開口レーダ装置における像再生方法を得ることを目的とする。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
上記の目的に鑑み、この発明は、航空機または衛星の移動プラットフォームに搭載して、地表や海面の高分解能画像を得る合成開口レーダ装置であって、移動プラットフォームに搭載され、高周波パルス信号を空間に放射するとともに、反射したエコー信号を収集する送受信アンテナと、プラットフォームの運動を計測し、高周波パルス信号送受信時のプラットフォームの瞬時位置を出力する動揺センサと、信号の送受信のモードを切り替える送受切替部と、前記送受信アンテナで送信する高周波パルス信号を発生させる信号送信部と、前記送受信アンテナで収集された信号を増幅し、中間周波数に変換し、デジタル信号に変換する信号受信部と、この信号受信部の出力信号をＦＦＴするレンジＦＦＴ部と、前記信号送信部で生成される高周波パルス信号を加工して、前記レンジＦＦＴ部の出力信号に乗算する参照信号乗算部と、この参照信号乗算部の出力信号をＩＦＦＴするレンジＩＦＦＴ部と、観測中心位置までの距離の相対的な変化量にあわせて、前記レンジＩＦＦＴ部の出力信号をレンジ方向で切り出す信号切出部と、前記信号切出部の出力信号をＦＦＴするレンジＦＦＴ部と、前記信号切出部の出力信号に対し、同部で補償されなかった残りのレンジの変化量を補償し、また観測中心位置からのエコーの位相が一定値となるように補償するレンジ・位相補償処理部と、このレンジ・位相補償処理部の出力信号を極座標上に配置し、ここから直角座標上の信号を補間する信号補間部と、この信号補間部の出力信号を２次元ＩＦＦＴして、２次元の高分解能画像を出力する２次元ＩＦＦＴ部と、を備えたことを特徴とする合成開口レーダ装置にある。
【００２５】
また、観測中心位置からのエコーが同じレンジに、また観測中心位置からのエコーの位相が一定値となるように、前記参照信号乗算部の出力信号を補償する第２レンジ・位相補償処理部と、前記参照信号乗算部後、レンジＩＦＦＴ部、信号切出部、レンジＦＦＴ部、レンジ・位相補償処理部、信号補間部および２次元ＩＦＦＴ部を使用した場合の演算時間と、前記参照信号乗算部後、第２レンジ・位相補償処理部、信号補間部および２次元ＩＦＦＴ部を使用した場合の演算時間とを見積もり、演算時間の短い方で前記参照信号乗算部以降の処理を行うよう制御する演算時間比較部と、をさらに備えたことを特徴とする。
【００２６】
また、前記演算時間比較部の代わりに、演算時間に関する情報を含む予め設けられたテーブルを参照して前記いずれか演算時間の短い方で以降の処理を行うように制御するテーブルによる処理法決定部を備えたことを特徴とする。
【００２７】
また、航空機または衛星の移動プラットフォームに搭載して、地表や海面の高分解能画像を得る合成開口レーダ装置における像再生方法であって、(ａ)高周波パルス信号を生成し送信するステップと、(ｂ)前記ステップ(ａ)で送信した信号を受信するステップと、(ｃ)前記ステップ(ａ)(ｂ)を繰り返し信号の送受信を行うステップと、(ｄ)受信された信号をＦＦＴするステップと、(ｅ)レンジ圧縮の参照信号を生成するステップと、(ｆ)レンジ圧縮の参照信号をＦＦＴし、前記ステップ(ｄ)の出力信号と乗算するステップと、(ｇ)前記ステップ(ｆ)の出力信号をＩＦＦＴするステップと、(ｈ)観測中心位置までの距離の相対的な変化量にあわせて、前記ステップ(ｇ)の出力信号を切り出すステップと、(ｉ)前記ステップ(ｈ)の出力信号をＦＦＴするステップと、(ｊ)前記ステップ(ｉ)の出力信号に対し、前記ステップ(ｈ)における補償の残りを補償し、観測中心位置の位相を補償するステップと、(ｋ)前記位相を補償された出力信号を極座標上に配置するステップと、(ｌ)前記ステップ(ｋ)の出力信号から直角座標の格子点上の信号を補間するステップと、(ｍ)前記ステップ(ｌ)の出力信号を２次元ＩＦＦＴするステップと、を備えたことを特徴とする合成開口レーダ装置における像再生方法にある。
【００２８】
また、(ｎ)レンジ圧縮の参照信号を乗算した信号に対し、観測中心からのエコーが格納されるレンジを同一に、また、同エコーの位相を一定にするよう補償するステップと、(ｏ)前記ステップ(ｆ)の後ステップ(ｇ)(ｈ)(ｉ)(ｊ)(ｋ)(ｌ)(ｍ)を使用した場合の演算時間と前記ステップ(ｆ)の後ステップ(ｎ)(ｋ)(ｌ)(ｍ)を使用した場合の演算時間を見積もるステップと、(ｐ)前記ステップ(ｏ)の見積もり結果から、演算時間の短い方法で以降の処理を行うよう制御するステップと、をさらに備えたことを特徴とする。
【００２９】
また、前記ステップ(ｏ)(ｐ)の代わりに、観測条件をパラメータとして演算時間を表したテーブルを参照して、前記いずれか演算時間が短かい方で以降の処理を行うよう制御するステップ(ｑ)をさらに備えたことを特徴とする。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を各実施の形態に従って説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る合成開口レーダ装置の構成図である。図１において、１から７および９、１０は図７に示した従来の技術のものと同じである。１１はレンジＩＦＦＴ部で、参照信号乗算部７の出力信号をレンジの空間周波数方向にＩＦＦＴする部分、１２は信号切出部で、動揺センサ２の出力を用いて求めた観測中心位置Ｃのレンジマイグレーション量にあわせて、レンジ方向でレンジＩＦＦＴ部１１の出力信号を切り出す部分、１３はレンジＦＦＴ部で、信号切出部１２の出力信号をレンジ方向にＦＦＴする部分、１４はレンジ・位相補償処理部で、信号切出部１２で動揺センサ２の出力を用いて、補償されなかった残りのレンジを補償し、観測中心位置Ｃまでの位相を補償する部分である。
【００３１】
図２はこの発明の実施の形態１に係る合成開口レーダ装置の動作を示すフローチャートであり、以下このフローチャートと共に動作を説明する。図２のフローチャートにおいて、ステップＴ１からステップＴ７、およびステップＴ１２からＴ１４は、従来の技術と同じ処理である。
【００３２】
レンジＩＦＦＴ部１１が、ステップＴ７の出力信号をレンジの空間周波数方向にＩＦＦＴする(ステップＴ８)。信号切出部１２が、動揺センサ２の出力を用いて求めた観測中心のレンジマイグレーション量にあわせて、ステップＴ８の出力信号を切り出す。即ち、次式に示すＮmidにあわせて信号を切り出す中心位置を変化させる。
【００３３】
【数５】

【００３４】
切り出す幅は、画像化領域の全ての目標からの全てのエコーが含まれるように決定する。例えば、スクイント角θsq＝０の場合、次式に示すＮmin＋Ｎmid(ｈ)からＮmax＋Ｎmid(ｈ)までである。
【００３５】
【数６】

【００３６】
切り出した信号をレンジ方向ＮＲd＝Ｎmax−Ｎmin点、ヒット方向ＮＨ点に並べる(ステップＴ９)。レンジＦＦＴ部１３が、ステップＴ９の出力信号をレンジ方向にＦＦＴする(ステップＴ１０)。
【００３７】
ステップＴ９の信号切出によってレンジマイグレーション量の殆どが補償されているため、レンジ・位相補償処理部１４が、残りのレンジマイグレーション量の補償と位相を補償する。これは、次式に示す２次元の信号Ｒef2を乗算することで実現できる(ステップＴ１１)。
【００３８】
【数７】

【００３９】
このように本実施の形態の構成によれば、レンジ軸上における信号の切り出し処理を設けることで、位相補償以降の処理でレンジ方向の信号点数を減らすことができる。ただし、レンジ方向のＦＦＴとＩＦＦＴが追加されるため、総演算時間が常に短くなるとは限らないため、設計時に演算時間を比較して、この装置を用いるかどうかを選択する必要がある。
【００４０】
実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２に係る合成開口レーダ装置の構成図である。図３において、１から１４は従来の技術および実施の形態１と同じものである。
【００４１】
１５は演算時間比較部で、従来の装置と実施の形態１の装置の演算時間を見積もり、演算時間の短い方法で以降の処理を行うよう制御する部分である。
【００４２】
図４はこの発明の実施の形態２に係る合成開口レーダ装置の動作を示すフローチャートであり、以下このフローチャートと共に動作を説明する。図４のフローチャートにおいて、ステップＴ１からＴ７、およびステップＴ１０からＴ１７は、従来の技術、および、実施の形態１と同じ処理である。
【００４３】
演算時間比較部１５が、従来の方法と実施の形態１の方法の演算時間を見積もる(ステップＴ８)。さらに、見積もった演算時間を比較し、時間の短い方法で処理を行うよう制御する(ステップＴ９)。なお、演算時間は、像再生処理演算を行う装置によって異なるため、使用する装置にあわせて演算時間の見積もり方法を決定する。例えば、ＤＳＰ(Digital Signal Processor)では、乗算、和算、ＦＦＴなどにかかる演算時間が公開されているため、これを用いて演算時間を見積もる。
【００４４】
このように本実施の形態の構成によれば、演算時間比較部を設けることで、常に従来方法以下の演算時間で、像再生を実現できる。
【００４５】
実施の形態３．
図５はこの発明の実施の形態３に係る合成開口レーダ装置の構成図である。図５において、１から１４は実施の形態２と同じものである。
【００４６】
１６はテーブルによる処理法決定部で、テーブルを参照して、従来の装置と実施の形態１の装置の演算時間の短い方で処理を行うように制御する部分である。なお、テーブルは、分解能、観測中心Ｃまでの距離、画像の大きさをパラメータとして、両装置の演算時間を求めたものであり、事前に作成しメモリ(特に図示せず)等に格納しておく。
【００４７】
図６はこの発明の実施の形態３に係る合成開口レーダ装置の動作を示すフローチャートであり、以下このフローチャートと共に動作を説明する。図６のフローチャートにおいて、ステップＴ１からＴ７、ステップＴ９からＴ１７は実施の形態２と同じ処理である。
【００４８】
テーブルによる処理法決定部１６が、分解能、距離、画像の大きさをパラメータとして演算時間を比較したテーブルを参照して処理方法を決定し、以降の処理を制御する(ステップＴ８)。
【００４９】
このように本実施の形態の構成によれば、演算時間を比較できるテーブルを参照することで、実施の形態２に対して、演算時間を見積もる計算をする時間だけ、演算時間を短くできる。
【００５０】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、航空機または衛星の移動プラットフォームに搭載して、地表や海面の高分解能画像を得る合成開口レーダ装置であって、移動プラットフォームに搭載され、高周波パルス信号を空間に放射するとともに、反射したエコー信号を収集する送受信アンテナと、プラットフォームの運動を計測し、高周波パルス信号送受信時のプラットフォームの瞬時位置を出力する動揺センサと、信号の送受信のモードを切り替える送受切替部と、前記送受信アンテナで送信する高周波パルス信号を発生させる信号送信部と、前記送受信アンテナで収集された信号を増幅し、中間周波数に変換し、デジタル信号に変換する信号受信部と、この信号受信部の出力信号をＦＦＴするレンジＦＦＴ部と、前記信号送信部で生成される高周波パルス信号を加工して、前記レンジＦＦＴ部の出力信号に乗算する参照信号乗算部と、この参照信号乗算部の出力信号をＩＦＦＴするレンジＩＦＦＴ部と、観測中心位置までの距離の相対的な変化量にあわせて、前記レンジＩＦＦＴ部の出力信号をレンジ方向で切り出す信号切出部と、前記信号切出部の出力信号をＦＦＴするレンジＦＦＴ部と、前記信号切出部の出力信号に対し、同部で補償されなかった残りのレンジの変化量を補償し、また観測中心位置からのエコーの位相が一定値となるように補償するレンジ・位相補償処理部と、このレンジ・位相補償処理部の出力信号を極座標上に配置し、ここから直角座標上の信号を補間する信号補間部と、この信号補間部の出力信号を２次元ＩＦＦＴして、２次元の高分解能画像を出力する２次元ＩＦＦＴ部と、を備えたことを特徴とする合成開口レーダ装置としたので、レンジ軸上における信号の切り出し処理を設けることで、位相補償以降の処理でレンジ方向の信号点数を減らすことができる。
【００５１】
また、観測中心位置からのエコーが同じレンジに、また観測中心位置からのエコーの位相が一定値となるように、前記参照信号乗算部の出力信号を補償する第２レンジ・位相補償処理部と、前記参照信号乗算部後、レンジＩＦＦＴ部、信号切出部、レンジＦＦＴ部、レンジ・位相補償処理部、信号補間部および２次元ＩＦＦＴ部を使用した場合の演算時間と、前記参照信号乗算部後、第２レンジ・位相補償処理部、信号補間部および２次元ＩＦＦＴ部を使用した場合の演算時間とを見積もり、演算時間の短い方で前記参照信号乗算部以降の処理を行うよう制御する演算時間比較部と、をさらに備えたので、演算時間の短い方を選択でき、常に従来方法以下の演算時間で、像再生を実現できる。
【００５２】
また、前記演算時間比較部の代わりに、演算時間に関する情報を含む予め設けられたテーブルを参照して前記いずれか演算時間の短い方で以降の処理を行うように制御するテーブルによる処理法決定部を備えたので、演算時間を比較できるテーブルを参照することで、演算時間を見積もる計算をする時間だけ、演算時間を短くできる。
【００５３】
また、航空機または衛星の移動プラットフォームに搭載して、地表や海面の高分解能画像を得る合成開口レーダ装置における像再生方法であって、(ａ)高周波パルス信号を生成し送信するステップと、(ｂ)前記ステップ(ａ)で送信した信号を受信するステップと、(ｃ)前記ステップ(ａ)(ｂ)を繰り返し信号の送受信を行うステップと、(ｄ)受信された信号をＦＦＴするステップと、(ｅ)レンジ圧縮の参照信号を生成するステップと、(ｆ)レンジ圧縮の参照信号をＦＦＴし、前記ステップ(ｄ)の出力信号と乗算するステップと、(ｇ)前記ステップ(ｆ)の出力信号をＩＦＦＴするステップと、(ｈ)観測中心位置までの距離の相対的な変化量にあわせて、前記ステップ(ｇ)の出力信号を切り出すステップと、(ｉ)前記ステップ(ｈ)の出力信号をＦＦＴするステップと、(ｊ)前記ステップ(ｉ)の出力信号に対し、前記ステップ(ｈ)における補償の残りを補償し、観測中心位置の位相を補償するステップと、(ｋ)前記位相を補償された出力信号を極座標上に配置するステップと、(ｌ)前記ステップ(ｋ)の出力信号から直角座標の格子点上の信号を補間するステップと、(ｍ)前記ステップ(ｌ)の出力信号を２次元ＩＦＦＴするステップと、を備えたことを特徴とする合成開口レーダ装置における像再生方法としたので、レンジ軸上における信号の切り出し処理を設けることで、位相補償以降の処理でレンジ方向の信号点数を減らすことができる。
【００５４】
また、(ｎ)レンジ圧縮の参照信号を乗算した信号に対し、観測中心からのエコーが格納されるレンジを同一に、また、同エコーの位相を一定にするよう補償するステップと、(ｏ)前記ステップ(ｆ)の後ステップ(ｇ)(ｈ)(ｉ)(ｊ)(ｋ)(ｌ)(ｍ)を使用した場合の演算時間と前記ステップ(ｆ)の後ステップ(ｎ)(ｋ)(ｌ)(ｍ)を使用した場合の演算時間を見積もるステップと、(ｐ)前記ステップ(ｏ)の見積もり結果から、演算時間の短い方法で以降の処理を行うよう制御するステップと、をさらに備えたので、演算時間の短い方を選択でき、常に従来方法以下の演算時間で、像再生を実現できる。
【００５５】
また、前記ステップ(ｏ)(ｐ)の代わりに、観測条件をパラメータとして演算時間を表したテーブルを参照して、前記いずれか演算時間が短かい方で以降の処理を行うよう制御するステップ(ｑ)をさらに備えたので、演算時間を比較できるテーブルを参照することで、演算時間を見積もる計算をする時間だけ、演算時間を短くできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に係る合成開口レーダ装置の構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る合成開口レーダ装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】この発明の実施の形態２に係る合成開口レーダ装置の構成図である。
【図４】この発明の実施の形態２に係る合成開口レーダ装置の動作を示すフローチャートである。
【図５】この発明の実施の形態３に係る合成開口レーダ装置の構成図である。
【図６】この発明の実施の形態３に係る合成開口レーダ装置の動作を示すフローチャートである。
【図７】従来のこの種の合成開口レーダ装置の構成図である。
【図８】従来の合成開口レーダ装置の動作を示すフローチャートである。
【図９】合成開口レーダ装置に関する観測のジオメトリを示す図である。
【図１０】合成開口レーダ装置におけるレンジ方向とヒット方向の定義を示す図である。
【図１１】レンジ圧縮の参照信号を乗算する前と後の信号をレンジの空間周波数方向にＩＦＦＴしたものを示す図である。
【図１２】レンジマイグレーションを説明するための図である。
【図１３】極座標上の信号配置を示す図である。
【図１４】補間後の直角標上の信号配置を示す図である。
【符号の説明】
１送受信アンテナ、２は動揺センサ、３送受切替部、４信号送信部、５信号受信部、６レンジＦＦＴ部、７参照信号乗算部、８ (第２)レンジ・位相補償処理部、９信号補間部、１０２次元ＩＦＦＴ部、１１レンジＩＦＦＴ部、１２信号切出部、１３レンジＦＦＴ部、１４レンジ・位相補償処理部、１５演算時間比較部、１６テーブルによる処理法決定部。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a synthetic aperture radar mounted on an aircraft or a satellite, and more particularly to a synthetic aperture radar device characterized by imaging by observing the ground surface and the sea surface and an image reproducing method in the synthetic aperture radar device.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as this type of synthetic aperture radar apparatus, there is one as shown in FIG. FIG. 7 is a configuration diagram of a synthetic aperture radar device assumed from FIG. 3.9 described on page 97 of WG Carrara, RS Goodman, RM Majewski, “Spotlight Synthetic Aperture Radar” Artech House, 1995. This apparatus has an image reproduction function called Polar Format, and is intended to generate a two-dimensional high resolution image.
[0003]
In FIG. 7, reference numeral 1 denotes a transmission / reception antenna, which is mounted on the platform and radiates a high-frequency pulse signal to space, and collects a reflected echo signal. 2 is a vibration sensor, which measures the movement of the platform, A part for outputting the instantaneous position of the platform at the time of transmission / reception, 3 is a transmission / reception switching part, a part for switching a signal transmission / reception mode, 4 is a signal transmission part, a part for generating a high-frequency pulse signal to be transmitted by the transmission /

reception antenna

1, 5 Is a signal receiver that amplifies the signal collected by the transmission / reception antenna 1, converts it to an intermediate frequency, and converts it into a digital signal. This is the part that performs Fourier transform (FFT).
[0004]
Reference numeral 7 denotes a reference signal multiplier, which processes the high-frequency pulse signal generated by the signal transmitter 4 and multiplies the output signal of the range FFT unit 6, and 8 is a range / phase compensation processor, which is a vibration sensor. A portion for compensating the output signal of the reference signal multiplier 7 so that the echo from the observation center position is in the same range and the phase of the echo from the observation center position is a constant value, using the output of 2; Is a signal interpolating unit, which uses the output of the fluctuation sensor 2 to place the output signal of the range / phase compensation processing unit 8 on polar coordinates, from which a signal on a rectangular coordinate is interpolated, 10 is a two-dimensional IFFT unit In this part, the output signal of the signal interpolation unit 9 is subjected to inverse Fourier transform (IFFT) to the image range and the spatial frequency in the azimuth direction to output a two-dimensional high resolution image.
[0005]
Next, the operation will be described with reference to the flowchart of FIG. FIG. 8 is a flowchart showing the operation of the conventional synthetic aperture radar apparatus. Synthetic aperture radar is a device that obtains a two-dimensional high-resolution image by performing observation by transmitting and receiving radio waves while a platform on which the radar is mounted moves, and processing the obtained signals. Here, the distance that the platform moves during observation is referred to as synthetic aperture length, and the processing of signals obtained by transmitting and receiving radio waves is referred to as synthetic aperture processing.
[0006]
In describing the operation, first, a coordinate system to be used is defined. The observation geometry is shown in FIG. In the figure, a point P is a platform position at the center position of the synthetic aperture process, and a point where a perpendicular drawn from the point P to the earth surface intersects the earth surface is defined as an origin O. If the Y axis is defined so that the Z axis is on the OP and the straight line connecting the point P and the observation center C is included in the YZ plane, the X axis is defined in a direction orthogonal to these two vectors. At this time, the angle between the straight line PO and the straight line PC is the off-nadir angle θofn, and the length of the line segment OP is the orbital height H.
[0007]
In this coordinate, if a straight line passing through the point P and parallel to the X axis is a K axis, the platform moves on a straight line that forms a squint angle θsq with the K axis on the KY plane. The coordinates of the platform at this time are set as p (h) = (px (h), py (h), pz (h)). Here, h represents a hit, and 0 ≦ h ≦ NH−1. Therefore, p (NH / 2) = (0, 0, H). A vector obtained by projecting the vector PC onto the ground surface with the point C as the center is defined as a range axis y of the image, and a vector orthogonal thereto is defined as an azimuth axis x of the image.
[0008]
First, the counter i is set to 0 (step T1). The signal transmission unit 4 generates a high-frequency pulse signal subjected to frequency modulation of the center frequency fc and the bandwidth Bch, and transmits the high-frequency pulse signal toward the ground surface by the transmission / reception antenna 1 (step T2). The transmission / reception switching unit 3 switches transmission to reception, and after Tnear_range [s] from the transmission start time, the signal receiving unit 5 receives the radar echo for the time length Tgate_size [s]. Then, an echo from a target whose distance from the radar is between c * Tnear_range / 2 and c * (Tnear_range / 2c + Tgate_size) / 2 is received. Here, c represents the propagation speed of electromagnetic waves. This high frequency echo is converted into an intermediate frequency using a mixer. That is, an echo that is frequency-modulated around the frequency fc is converted into an echo that is frequency-modulated around the frequency 0. Further, when this echo is sampled by an A / D converter having a sampling frequency BAD, a complex signal of NR = Tgate_size * BAD point is generated (step T3). This transmission / reception is repeated NH times at a time interval TPRI to obtain a complex signal of a two-dimensional array of NR * NH (steps T4 and T5). Hereinafter, as shown in FIG. 10, the direction in which signals are arranged in the NR point is referred to as a range direction, and the direction in which the NH points are arranged is referred to as a hit direction.
[0009]
Next, the range FFT unit 6 performs FFT on the output signal of step T4 in the range direction (step T6). Hereinafter, the axis that is FFTed in the range direction is referred to as the spatial frequency axis of the range. The high-frequency pulse signal generated by the signal transmission unit 4 is reversed with respect to time, and further complex conjugate is obtained as a reference signal for range compression. The range compression reference signal is subjected to FFT and multiplied by the output signal of step T6. At this time, since the reference signal for range compression is a one-dimensional signal, all hits of the output signal at step T6 are multiplied in the spatial frequency direction of the range (step T7). As a result, the IFFT of the output result compresses the signal that has spread in the range direction. This conceptual diagram is shown in FIG. (A) of FIG. 11 is the result of IFFT of the signal before being multiplied by the range compression reference signal in the spatial frequency direction of the range. Here, for the sake of convenience, a received signal obtained when only one signal exists in the observation region is handled. FIG. 11B shows the result of IFFT of the signal after multiplying by the range compression reference signal in the spatial frequency direction of the range.
[0010]
Since the platform performs observation while moving along a straight orbit, as shown in FIG. 12, in the range axis, the echo stored from the observation center C has a different stored range for each hit. This phenomenon is called range migration, and this relative distance change is called a range migration amount. Therefore, the range / phase compensation processing unit 8 uses the output of the fluctuation sensor 2 so that the range in which the echo from the observation center C is stored is the same and the phase of the echo is constant. On the frequency axis, the output signal of step T7 is compensated. In the spatial frequency range of the range, the range corresponds to the frequency of the signal. For this reason, changing the range on the range axis corresponds to changing the frequency of the signal in the spatial frequency region of the range. This can be realized by multiplying the two-dimensional signal Ref shown in the following equation (step T8).
[0011]
[Expression 1]

[0012]
Here, j is an imaginary unit, R0 is a distance from the center of the synthetic aperture, fp is an instantaneous frequency, and fc is a center frequency.
[0013]
The signal interpolation unit 9 uses the output of the fluctuation sensor 2 to arrange the output signal of Step T8 on the polar coordinates (Step T9). This signal arrangement is determined from the instantaneous frequency fp and the angle θh formed by PC and OC as follows.
[0014]
[Expression 2]

[0015]
FIG. 13 shows the arrangement of signals. Similarly, the signal interpolation unit 9 interpolates a signal on a grid point of rectangular coordinates from a signal on polar coordinates (step T10). As the coordinates of the interpolated signal, for example, the following equation can be considered.
[0016]
[Equation 3]

[0017]
FIG. 14 shows the arrangement of signals after interpolation. 1 / ρa and 1 / ρr are shown in FIG. Next, the two-dimensional IFFT unit 10 IFFTs the output signal of Step T10 in the spatial frequency direction of the image range and in the spatial frequency direction of azimuth. As a result, a two-dimensional high resolution image is obtained. This axis is composed of an image range axis and an azimuth axis, which correspond to the y axis and the x axis shown in FIG. 9 (step T11).
[0018]
Note that the Polar Format is approximated on the assumption that the wavefront of the electromagnetic wave is flat within the observation region, so it is necessary to limit the image size to the extent that this approximation is valid. For this reason, it is impossible to reproduce an image of a large area at a time.
[0019]
[Problems to be solved by the invention]
The conventional synthetic aperture radar apparatus is configured as described above. Here, consider a case where an image of Ly in the range direction and Lx in the azimuth direction is reproduced. In conventional image reproduction, the number of processing points in the range direction is determined from the size of the image and the target range migration amount in the image. The number of processing points NR is determined so that an echo that is observed when the distance between the target and the platform in the image is minimum and an echo that is observed when the distance is maximum are included in the received signal. Further, in the subsequent processing, the range direction is processed at the NR point until the number of signal points is changed by interpolation. However, when observing a long distance with high resolution, the range migration amount is equal to or greater than the size of the reproduced image. As a result, it is necessary to process a signal more than double the obtained image, resulting in poor processing efficiency.
[0020]
For example, when observation is performed at a squint angle θsq = 0 in the observation region at a distance R0 from the center of the synthetic aperture, the distance from the right end of the imaging region to the target changes from R0 to R1 shown in the following equation.
[0021]
[Expression 4]

[0022]
Here, Ls represents the synthetic aperture length. At this time, for example, assuming that R0 = 500 km and Ls = 100 km when realizing a azimuth resolution of 1 m with a satellite-borne synthetic aperture radar, the change width is about 10 km. On the other hand, under this observation condition, it can be seen that the size of an image that can be played back by Polar Format is 4 km, which is very inefficient. The conventional synthetic aperture radar apparatus has the above-described problems.
[0023]
The present invention has been made to solve the above-described problems. By performing range / phase compensation separately on the spatial frequency axis of the range and the range axis, the number of processing points in the subsequent range direction can be reduced. It is an object of the present invention to obtain a synthetic aperture radar apparatus and an image reproduction method in the synthetic aperture radar apparatus that reduce the amount of calculation.
[0024]
[Means for Solving the Problems]
In view of the above object, the present invention is a synthetic aperture radar device that is mounted on a moving platform of an aircraft or a satellite and obtains a high resolution image of the ground surface or the sea surface. A transmission / reception antenna that radiates and collects reflected echo signals, a motion sensor that measures the platform motion and outputs the instantaneous position of the platform when transmitting and receiving a high-frequency pulse signal, and a transmission / reception switching unit that switches a signal transmission / reception mode A signal transmission unit that generates a high-frequency pulse signal to be transmitted by the transmission / reception antenna, a signal reception unit that amplifies the signal collected by the transmission / reception antenna, converts the signal to an intermediate frequency, and converts the signal to a digital signal, and the signal reception unit The range FFT unit for FFT of the output signal of the output signal and the high frequency generated by the signal transmission unit A reference signal multiplier that processes the pulse signal and multiplies the output signal of the range FFT unit, a range IFFT unit that IFFTs the output signal of the reference signal multiplier, and a relative change in the distance to the observation center position In accordance with the amount, a signal cutout unit that cuts out the output signal of the range IFFT unit in the range direction, a range FFT unit that FFTs the output signal of the signal cutout unit, and an output signal of the signal cutout unit, A range / phase compensation processing unit that compensates for the amount of change in the remaining range that was not compensated by the same unit, and compensates so that the phase of the echo from the observation center position becomes a constant value, and this range / phase compensation processing unit Are output on polar coordinates, a signal interpolation unit for interpolating signals on a rectangular coordinate from there, and a two-dimensional IFFT of the output signal of this signal interpolation unit to output a two-dimensional high resolution image 2 In synthetic aperture radar apparatus characterized by comprising a source IFFT unit.
[0025]
A second range / phase compensation processing unit for compensating the output signal of the reference signal multiplication unit so that the echo from the observation center position is in the same range and the phase of the echo from the observation center position is a constant value; The calculation time when using the range IFFT unit, the signal cutout unit, the range FFT unit, the range / phase compensation processing unit, the signal interpolation unit and the two-dimensional IFFT unit after the reference signal multiplication unit, and the reference signal multiplication unit Thereafter, the calculation time when the second range / phase compensation processing unit, the signal interpolation unit, and the two-dimensional IFFT unit are used is estimated, and the calculation is performed so that the processing after the reference signal multiplication unit is performed with the shorter calculation time. And a time comparison unit.
[0026]
In addition, instead of the calculation time comparison unit, a processing method determination unit using a table that controls to perform the subsequent processing at a shorter one of the calculation times with reference to a pre-set table including information on the calculation time It is provided with.
[0027]
An image reproduction method in a synthetic aperture radar device that is mounted on a mobile platform of an aircraft or a satellite and obtains a high-resolution image of the ground surface or the sea surface, comprising: (a) generating and transmitting a high-frequency pulse signal; ) Receiving the signal transmitted in step (a); (c) repeating the steps (a) and (b); transmitting and receiving signals; and (d) performing FFT on the received signal; (e) generating a range compression reference signal; (f) performing FFT on the range compression reference signal and multiplying by the output signal of step (d); and (g) output of step (f). IFFT of the signal, (h) cutting out the output signal of step (g) according to the relative change in distance to the observation center position, (i) output signal of step (h) The steps to FFT (J) compensating the remaining compensation in step (h) and compensating the phase of the observation center position for the output signal of step (i), and (k) compensated for the phase. Placing the output signal on polar coordinates; (l) interpolating the signal on the grid point of the rectangular coordinates from the output signal of step (k); and (m) 2 output signals of step (l). And a step of performing a dimensional IFFT. An image reproducing method in a synthetic aperture radar apparatus, comprising:
[0028]
(N) Compensating the signal multiplied by the reference signal of range compression so that the range in which the echo from the observation center is stored is the same and the phase of the echo is constant, (o) After step (f), the calculation time when using steps (g), (h), (i), (j), (k), (l), and (m), and after step (f), steps (n) (k) ) (l) (m) is used to estimate the calculation time, and (p) from the estimation result of step (o), control is performed to perform the subsequent processing in a method with a short calculation time. It is further provided with a feature.
[0029]
Further, in place of the steps (o) and (p), a table representing the calculation time with the observation condition as a parameter is referred to and control is performed so that the subsequent processing is performed when one of the calculation times is shorter ( q) is further provided.
[0030]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described according to each embodiment.
Embodiment 1 FIG.
1 is a block diagram of a synthetic aperture radar apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 1, reference numerals 1 to 7 and 9, 10 are the same as those of the prior art shown in FIG. Reference numeral 11 denotes a range IFFT unit, which is a portion for IFFT of the output signal of the reference signal multiplication unit 7 in the spatial frequency direction of the range, and 12 is a signal extraction unit, which is the range of the observation center position C obtained using the output of the fluctuation sensor 2 A portion for cutting out the output signal of the range IFFT unit 11 in the range direction according to the migration amount, 13 is a range FFT unit, a portion for FFTing the output signal of the signal cutout unit 12 in the range direction, and 14 is a range / phase compensation process The signal extraction unit 12 compensates the remaining uncompensated range using the output of the fluctuation sensor 2 and compensates the phase up to the observation center position C.
[0031]
FIG. 2 is a flowchart showing the operation of the synthetic aperture radar apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. The operation will be described below together with this flowchart. In the flowchart of FIG. 2, steps T1 to T7 and steps T12 to T14 are the same processing as in the conventional technique.
[0032]
The range IFFT unit 11 performs IFFT on the output signal of step T7 in the spatial frequency direction of the range (step T8). The signal cutout unit 12 cuts out the output signal of step T8 in accordance with the range migration amount of the observation center obtained using the output of the fluctuation sensor 2. That is, the center position for cutting out the signal is changed in accordance with Nmid shown in the following equation.
[0033]
[Equation 5]

[0034]
The cutout width is determined so that all echoes from all targets in the imaging area are included. For example, when the squint angle θsq = 0, it is from Nmin + Nmid (h) to Nmax + Nmid (h) shown in the following equation.
[0035]
[Formula 6]

[0036]
The cut out signals are arranged in the range direction NRd = Nmax−Nmin point and the hit direction NH point (step T9). The range FFT unit 13 performs FFT on the output signal of step T9 in the range direction (step T10).
[0037]
Since most of the range migration amount is compensated by the signal extraction in step T9, the range / phase compensation processing unit 14 compensates for the remaining range migration amount and the phase. This can be realized by multiplying the two-dimensional signal Ref2 expressed by the following equation (step T11).
[0038]
[Expression 7]

[0039]
As described above, according to the configuration of the present embodiment, by providing the signal cut-out process on the range axis, the number of signal points in the range direction can be reduced in the processes after the phase compensation. However, since the FFT in the range direction and the IFFT are added, the total calculation time is not always shortened. Therefore, it is necessary to compare the calculation time at the time of design and select whether to use this apparatus.
[0040]
Embodiment 2. FIG.
FIG. 3 is a block diagram of a synthetic aperture radar apparatus according to Embodiment 2 of the present invention. In FIG. 3, reference numerals 1 to 14 are the same as those in the prior art and the first embodiment.
[0041]
Reference numeral 15 denotes a calculation time comparison unit that estimates the calculation time of the conventional apparatus and the apparatus of the first embodiment, and controls to perform the subsequent processing by a method with a short calculation time.
[0042]
FIG. 4 is a flowchart showing the operation of the synthetic aperture radar apparatus according to Embodiment 2 of the present invention. The operation will be described below together with this flowchart. In the flowchart of FIG. 4, steps T1 to T7 and steps T10 to T17 are the same processes as those of the conventional technique and the first embodiment.
[0043]
The calculation time comparison unit 15 estimates the calculation time of the conventional method and the method of the first embodiment (step T8). Further, the estimated calculation times are compared, and control is performed so that processing is performed in a short time method (step T9). Since the calculation time varies depending on the device that performs the image reproduction processing calculation, the calculation time estimation method is determined according to the device to be used. For example, in DSP (Digital Signal Processor), calculation times for multiplication, summation, FFT, etc. are disclosed, and calculation time is estimated using this.
[0044]
As described above, according to the configuration of the present embodiment, by providing the calculation time comparison unit, image reproduction can always be realized with a calculation time equal to or shorter than the conventional method.
[0045]
Embodiment 3 FIG.
FIG. 5 is a block diagram of a synthetic aperture radar apparatus according to Embodiment 3 of the present invention. In FIG. 5, reference numerals 1 to 14 are the same as those in the second embodiment.
[0046]
Reference numeral 16 denotes a processing method determination unit using a table, which is a part that controls the processing to be performed with a shorter calculation time of the conventional apparatus and the apparatus of the first embodiment with reference to the table. The table is obtained by calculating the calculation time of both devices using the resolution, the distance to the observation center C, and the size of the image as parameters, and is created in advance and stored in a memory (not shown in particular). deep.
[0047]
FIG. 6 is a flowchart showing the operation of the synthetic aperture radar apparatus according to Embodiment 3 of the present invention. The operation will be described below together with this flowchart. In the flowchart of FIG. 6, steps T1 to T7 and steps T9 to T17 are the same processing as in the second embodiment.
[0048]
The processing method determination unit 16 using a table determines a processing method with reference to a table that compares the calculation times using the resolution, distance, and image size as parameters, and controls the subsequent processing (step T8).
[0049]
As described above, according to the configuration of the present embodiment, the calculation time can be shortened by the time for calculating the calculation time with respect to the second embodiment by referring to the table in which the calculation time can be compared.
[0050]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a synthetic aperture radar device that is mounted on a moving platform of an aircraft or a satellite and obtains a high-resolution image of the ground surface or the sea surface is mounted on the moving platform, and a high-frequency pulse signal is placed in space. A transmission / reception antenna that radiates and collects reflected echo signals, a motion sensor that measures the platform motion and outputs the instantaneous position of the platform when transmitting and receiving a high-frequency pulse signal, and a transmission / reception switching unit that switches a signal transmission / reception mode A signal transmission unit that generates a high-frequency pulse signal to be transmitted by the transmission / reception antenna, a signal reception unit that amplifies the signal collected by the transmission / reception antenna, converts the signal to an intermediate frequency, and converts the signal to a digital signal, and the signal reception unit The range FFT unit for FFT of the output signal of the output signal and the high frequency generated by the signal transmission unit A reference signal multiplier that processes the pulse signal and multiplies the output signal of the range FFT unit, a range IFFT unit that IFFTs the output signal of the reference signal multiplier, and a relative change in the distance to the observation center position In accordance with the amount, a signal cutout unit that cuts out the output signal of the range IFFT unit in the range direction, a range FFT unit that FFTs the output signal of the signal cutout unit, and an output signal of the signal cutout unit, A range / phase compensation processing unit that compensates for the amount of change in the remaining range that has not been compensated by the same unit, and compensates so that the phase of the echo from the observation center position becomes a constant value, and this range / phase compensation processing unit Are output on polar coordinates, a signal interpolating unit for interpolating signals on a rectangular coordinate from there, and two-dimensional IFFT of the output signal of this signal interpolating unit to output a two-dimensional high resolution image 2 Since the synthetic aperture radar apparatus is characterized by including the original IFFT unit, the number of signal points in the range direction can be reduced by processing after phase compensation by providing a signal cut-out process on the range axis. .
[0051]
A second range / phase compensation processing unit for compensating the output signal of the reference signal multiplication unit so that the echo from the observation center position is in the same range and the phase of the echo from the observation center position is a constant value; The calculation time when using the range IFFT unit, the signal cutout unit, the range FFT unit, the range / phase compensation processing unit, the signal interpolation unit and the two-dimensional IFFT unit after the reference signal multiplication unit, and the reference signal multiplication unit Thereafter, the calculation time when the second range / phase compensation processing unit, the signal interpolation unit, and the two-dimensional IFFT unit are used is estimated, and the calculation is performed so that the processing after the reference signal multiplication unit is performed with the shorter calculation time. Since the time comparison unit is further provided, the shorter calculation time can be selected, and the image reproduction can always be realized with the calculation time shorter than the conventional method.
[0052]
In addition, instead of the calculation time comparison unit, a processing method determination unit using a table that controls to perform the subsequent processing at a shorter one of the calculation times with reference to a pre-set table including information on the calculation time Therefore, by referring to the table that can compare the calculation time, the calculation time can be shortened by the time for calculating the calculation time.
[0053]
An image reproduction method in a synthetic aperture radar device that is mounted on a mobile platform of an aircraft or a satellite and obtains a high-resolution image of the ground surface or the sea surface, comprising: (a) generating and transmitting a high-frequency pulse signal; ) Receiving the signal transmitted in step (a); (c) repeating the steps (a) and (b); transmitting and receiving signals; and (d) performing FFT on the received signal; (e) generating a range compression reference signal; (f) performing FFT on the range compression reference signal and multiplying by the output signal of step (d); and (g) output of step (f). IFFT of the signal, (h) cutting out the output signal of step (g) according to the relative change in distance to the observation center position, (i) output signal of step (h) The steps to FFT (J) compensating the remaining compensation in step (h) and compensating the phase of the observation center position for the output signal of step (i), and (k) compensated for the phase. Placing the output signal on polar coordinates; (l) interpolating the signal on the grid point of the rectangular coordinates from the output signal of step (k); and (m) 2 output signals of step (l). Since the method for reproducing an image in a synthetic aperture radar apparatus is characterized by comprising a step of performing a dimensional IFFT, the number of signal points in the range direction in the processing after phase compensation is provided by providing a signal clipping process on the range axis. Can be reduced.
[0054]
(N) Compensating the signal multiplied by the reference signal of range compression so that the range in which the echo from the observation center is stored is the same and the phase of the echo is constant, (o) After step (f), the calculation time when using steps (g), (h), (i), (j), (k), (l), and (m), and after step (f), steps (n) (k) ) (l) (m) is used to estimate the calculation time, and (p) from the estimation result of step (o), control is performed to perform the subsequent processing in a method with a short calculation time. Furthermore, since it is provided, it is possible to select the one having a shorter calculation time, and it is possible to always realize image reproduction with a calculation time shorter than the conventional method.
[0055]
Further, in place of the steps (o) and (p), a table representing the calculation time with the observation condition as a parameter is referred to and control is performed so that the subsequent processing is performed when one of the calculation times is shorter ( Since q) is further provided, the calculation time can be shortened by the time for calculation for estimating the calculation time by referring to the table in which the calculation time can be compared.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a synthetic aperture radar device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart showing an operation of the synthetic aperture radar apparatus according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a configuration diagram of a synthetic aperture radar device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a flowchart showing an operation of the synthetic aperture radar apparatus according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a configuration diagram of a synthetic aperture radar device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a flowchart showing an operation of the synthetic aperture radar apparatus according to the third embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a block diagram of a conventional synthetic aperture radar device of this type.
FIG. 8 is a flowchart showing the operation of a conventional synthetic aperture radar apparatus.
FIG. 9 is a diagram showing an observation geometry related to a synthetic aperture radar apparatus.
FIG. 10 is a diagram illustrating definitions of a range direction and a hit direction in a synthetic aperture radar apparatus.
FIG. 11 is a diagram showing an IFFT of signals before and after multiplication by a range compression reference signal in the spatial frequency direction of the range.
FIG. 12 is a diagram for explaining range migration;
FIG. 13 is a diagram illustrating a signal arrangement on polar coordinates.
FIG. 14 is a diagram showing a signal arrangement on a right angle marker after interpolation.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Transmission / reception antenna, 2 is a fluctuation sensor, 3 Transmission / reception switching part, 4 Signal transmission part, 5 signal receiving part, 6 range FFT part, 7 Reference signal multiplication part, 8 (2nd) range and phase compensation process part, 9 Signal interpolation Unit, 10 two-dimensional IFFT unit, 11 range IFFT unit, 12 signal extraction unit, 13 range FFT unit, 14 range / phase compensation processing unit, 15 calculation time comparison unit, and 16 table processing method determination unit.

Claims

A synthetic aperture radar device that is mounted on an aircraft or satellite mobile platform and obtains high-resolution images of the ground and sea surface,
A transmitting / receiving antenna mounted on a mobile platform that radiates high-frequency pulse signals into space and collects reflected echo signals;
A motion sensor that measures the movement of the platform and outputs the instantaneous position of the platform when transmitting and receiving high-frequency pulse signals;
A transmission / reception switching unit for switching a signal transmission / reception mode;
A signal transmission unit for generating a high-frequency pulse signal to be transmitted by the transmission / reception antenna;
A signal reception unit that amplifies the signal collected by the transmission / reception antenna, converts it to an intermediate frequency, and converts it to a digital signal;
A range FFT unit for FFT of the output signal of the signal receiving unit;
A reference signal multiplier that processes the high-frequency pulse signal generated by the signal transmitter and multiplies the output signal of the range FFT unit;
A range IFFT unit that IFFTs the output signal of the reference signal multiplication unit;
A signal cutout unit that cuts out the output signal of the range IFFT unit in the range direction according to the relative change amount of the distance to the observation center position;
A range FFT unit for FFT of the output signal of the signal cutout unit;
Range / phase compensation that compensates for the amount of change in the remaining range that was not compensated for in the output signal of the signal cutout section, and compensates for the phase of the echo from the observation center position to be a constant value. A processing unit;
The output signal of this range / phase compensation processing unit is arranged on polar coordinates, and a signal interpolation unit for interpolating signals on rectangular coordinates from here,
A two-dimensional IFFT unit which outputs a two-dimensional high resolution image by two-dimensional IFFT the output signal of the signal interpolation unit;
A synthetic aperture radar apparatus comprising:

A second range / phase compensation processing unit for compensating the output signal of the reference signal multiplication unit so that the echo from the observation center position is in the same range and the phase of the echo from the observation center position is a constant value;
After the reference signal multiplication unit, the calculation time when the range IFFT unit, the signal cutout unit, the range FFT unit, the range / phase compensation processing unit, the signal interpolation unit and the two-dimensional IFFT unit are used, and after the reference signal multiplication unit The calculation time for estimating the calculation time when the second range / phase compensation processing unit, the signal interpolation unit, and the two-dimensional IFFT unit are used, and controlling the processing after the reference signal multiplication unit in the shorter calculation time A comparison unit;
The synthetic aperture radar apparatus according to claim 1, further comprising:

In place of the calculation time comparison unit, a processing method determination unit using a table that controls to perform the subsequent processing at a shorter one of the calculation times with reference to a pre-set table including information on the calculation time is provided. The synthetic aperture radar apparatus according to claim 2, wherein:

An image reproduction method in a synthetic aperture radar device that is mounted on an aircraft or satellite mobile platform and obtains a high-resolution image of the ground surface or the sea surface,
(a) generating and transmitting a high frequency pulse signal;
(b) receiving the signal transmitted in step (a);
(c) repeating steps (a) and (b) for transmitting and receiving signals;
(d) FFT of the received signal;
(e) generating a reference signal for range compression;
(f) FFT of a range compression reference signal and multiplying by the output signal of step (d);
(g) IFFT the output signal of step (f);
(h) cutting out the output signal of step (g) according to the relative change amount of the distance to the observation center position;
(i) FFT of the output signal of step (h);
(j) compensating the remaining compensation in step (h) with respect to the output signal of step (i) and compensating the phase of the observation center position;
(k) placing the phase compensated output signal on polar coordinates;
(l) interpolating a signal on a rectangular coordinate point from the output signal of step (k);
(m) Two-dimensional IFFT the output signal of step (l);
An image reproducing method in a synthetic aperture radar apparatus, comprising:

(n) Compensating the signal multiplied by the reference signal of range compression so that the range in which the echo from the observation center is stored is the same and the phase of the echo is constant;
(o) Subsequent step (f) After step (g) (h) (i) (j) (k) (l) (m), calculation time and step (f) after step (n ) (k) (l) (m) is used to estimate the computation time;
(p) from the estimation result of step (o), controlling to perform the subsequent processing in a method with a short calculation time;
The image reproduction method in the synthetic aperture radar apparatus according to claim 4, further comprising:

Instead of the steps (o) and (p), referring to a table that represents the calculation time using the observation condition as a parameter, the step (q) of controlling the subsequent processing to be performed with the shorter calculation time. The image reproduction method in the synthetic aperture radar apparatus according to claim 5, further comprising: