JP4722574B2 - 画像レーダ装置 - Google Patents
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Description
本発明の画像レーダ装置は、区分領域ごとに分割されたヒストリに対してフーリエ変換を施すことにより、推定誤差を低減した補償量を推定できることを特徴とするものである。
図1は、本発明の実施の形態1における画像レーダ装置の構成図である。図1において、送信機1は、目標へ照射する広帯域パルスを生成・増幅する。送受切換器2は、送信と受信の切換えを行う。送受信アンテナ3は、送信機1で生成された広帯域パルスを目標に対して送信し、反射した広帯域パルスを受信するアンテナである。
本実施の形態2では、2D−FT補償量推定器200の別の構成例について説明する。図15は、本発明の実施の形態2における2D−FT補償量推定器200の内部構成図である。実施の形態1における図2の2D−FT補償量推定器200と比較すると、図15の2D−FT補償量推定器200は、時系列データ補償手段231、STFT点数変更手段232、および修正補償量記憶部295をさらに備えている点を特徴としている。
本実施の形態3では、実施の形態2で説明した補償量の繰り返し算出を実現するための2D−FT補償量推定器200の別の構成例について説明する。図16は、本発明の実施の形態3における2D−FT補償量推定器200の内部構成図である。
本実施の形態4では、さらに、2D−FT補償量推定器200の別の構成例について説明する。図18は、本発明の実施の形態4における2D−FT補償量推定器200の内部構成図である。実施の形態1における図2の2D−FT補償量推定器200と比較すると、図18の2D−FT補償量推定器200は、ドップラヒストリ生成手段202およびSTFT点数記憶部291の代わりに、幅安定型ドップラヒストリ生成手段251および基準ドップラヒストリ幅記憶部296を備えている点を特徴としている。
本実施の形態5では、さらに、2D−FT補償量推定器200の別の構成例について説明する。図19は、本発明の実施の形態5における2D−FT補償量推定器200の内部構成図である。実施の形態1における図2の2D−FT補償量推定器200と比較すると、図19の2D−FT補償量推定器200は、ヒストリ切出し手段203および2D−FT手段204の代わりに、FFTヒストリ算出手段261、FFTヒストリ切出し手段262、および1D−FT手段263を備えている点を特徴としている。
実施の形態1〜5では、ドップラヒストリの振幅分布に区分的な2次元フーリエ変換処理を適用して補償量を推定した。本実施の形態6では、レンジヒストリの振幅分布に区分的な2次元フーリエ変換処理を適用して補償量を推定する場合について説明する。
Claims (15)
- 移動する目標に対して電波を送信し、前記目標からの反射波を受信して、レンジプロフィールの時間履歴であるレンジヒストリを生成し、前記レンジヒストリのクロスレンジ圧縮により前記目標の画像を得る画像レーダ装置において、
前記レンジヒストリからドップラヒストリを生成するためのデータ列を時系列データとして抽出する時系列データ抽出手段と、
抽出された前記時系列データに短時間フーリエ変換を適用してドップラプロフィールの時間履歴であるドップラヒストリを生成するドップラヒストリ生成手段と、
生成された前記ドップラヒストリから区分時間領域のドップラヒストリである短時間ドップラヒストリを切り出すヒストリ切出し手段と、
切り出された前記短時間ドップラヒストリ上の各反射点の軌跡のドップラ周波数の変化率を推定するドップラ変化率推定手段と、
複数の短時間ドップラヒストリに対して推定された前記ドップラ周波数の変化率に基づいて全時間におけるドップラ周波数の変化を推定し、推定結果に基づいて目標とレーダとの間のレンジの変化を推定するレンジ変化算出手段と、
推定された前記レンジの変化に基づいて、前記レンジヒストリのレンジおよびドップラの不要な変化の影響を補償するためのレンジ分解能で規格化したレンジ補償量および位相補償量を算出する補償量算出手段と、
算出された前記レンジ補償量および前記位相補償量に基づいて前記レンジヒストリの不要なレンジおよび位相の変化を補償する運動補償器と
を有する2次元フーリエ変換補償回路を備え、
前記時系列データ抽出手段は、注目する反射点の軌跡が含まれるように、レンジの切出し範囲を設定し、下式
ことを特徴とする画像レーダ装置。 - 請求項1に記載の画像レーダ装置において、
前記ドップラ変化率推定手段は、
切り出された前記短時間ドップラヒストリの振幅分布に2次元フーリエ変換を適用してスペクトル画像を生成する2次元フーリエ変換手段と、
生成された前記スペクトル画像に基づいて複素画像上の軌跡の傾きを推定するスペクトル画像傾き推定手段と、
推定された前記傾きに基づいてドップラ周波数の変化率を推定するドップラ変化率算出手段と
を備えることを特徴とする画像レーダ装置。 - 請求項2に記載の画像レーダ装置において、
前記スペクトル画像傾き推定手段は、
生成された前記スペクトル画像上の原点を通る直線の傾きを第1の傾き量として推定する第1のスペクトル画像傾き推定メイン手段と、
前記第1の傾き量がゼロであるか否かを判定し、前記第1の傾き量がゼロの場合とゼロでない場合で処理を切換えるゼロ傾き切換手段と、
前記ゼロ傾き切換手段で前記第1の傾き量がゼロであると判定された場合に、前記ヒストリ切出し手段で切り出された前記短時間ドップラヒストリに対して、既知の傾き量の補償を行う既知傾き付加手段と、
前記既知の傾き量による補償後の短時間ドップラヒストリの振幅分布に2次元フーリエ変換を適用してスペクトル画像を生成する第2の2次元フーリエ変換手段と、
前記第2の2次元フーリエ変換手段で生成された前記スペクトル画像上の原点を通る直線の傾きを第2の傾き量として推定する第2のスペクトル画像傾き推定メイン手段と、
前記第2のスペクトル画像傾き推定メイン手段で推定された前記第2の傾き量から、前記既知傾き付加手段で付加された前記既知の傾き量を差し引いて第3の傾き量を推定する既知傾き除去手段と、
前記ゼロ傾き切換手段で前記第1の傾き量がゼロでないと判定された場合には、前記第1の傾き量を出力し、前記ゼロ傾き切換手段で前記第1の傾き量がゼロであると判定された場合には、前記第3の傾き量を出力するスペクトル画像傾き出力手段と
を備えることを特徴とする画像レーダ装置。 - 請求項3に記載の画像レーダ装置において、
前記第1のスペクトル画像傾き推定メイン手段および前記第2のスペクトル画像傾き推定メイン手段は、
XYの2次元平面からなるスペクトル画像に対して、積分経路のY値を設定するY値設定手段と、
前記積分経路の前記スペクトル画像上での傾きの候補を設定する傾き候補設定手段と、
前記Y値設定手段で設定された前記Y値と、前記傾き候補設定手段で設定された前記傾きに基づいて、Xの連続値を設定するX連続値算出手段と、
前記X連続値算出手段で設定されたXの連続値の小数点以下を切り捨てて、切り捨てにより離散化されたX切捨て値を得るX切捨て値設定手段と、
前記Xの連続値と前記X切捨て値との差分値を算出するX差分値算出手段と、
算出された前記差分値に基づいて、前記X切捨て値で設定される前記2次元平面上のセルと、前記セルと隣接する、前記X切捨て値に1を加えた値で設定されるセルのそれぞれの振幅値を線形補間した上で、積分を行う隣接X値積分手段と
各Y値において前記スペクトル画像を全X値における振幅の最大値で正規化した上で、さらに、各Yごとに重み付けを行うための重みベクトルを生成する加重正規化ベクトル生成手段と、
前記隣接X値積分手段による積分結果のピークを探索し、前記ピークが現れた積分経路の傾きに基づいて入力された前記短時間ドップラヒストリ上の軌跡の傾きを算出するピーク傾き検出手段と
を備えることを特徴とする画像レーダ装置。 - 請求項2ないし4のいずれか1項に記載の画像レーダ装置において、
前記ドップラ変化率算出手段は、各区分領域の中心時刻と各区分領域におけるドップラ周波数の変化率の算出結果のペアに対して高次の最小二乗法等のフィッティング法を適用して各時刻におけるドップラ周波数の変化率を時刻に対する多項式として求め、
前記レンジ変化算出手段は、前記多項式を積分して得られるドップラ周波数の時間変化を用いてレンジの時間変化を算出する
ことを特徴とする画像レーダ装置。 - 請求項1ないし5のいずれか1項に記載の画像レーダ装置において、
前記時系列データ抽出手段は、反射点がレンジを越えて移動していることを想定してレンジの切出し範囲を設定し、切出し範囲を総和して時系列データを生成することを特徴とするレーダ装置。 - 請求項1ないし6のいずれか1項に記載の画像レーダ装置において、
前記ドップラヒストリ生成手段は、時系列データから切出した区分データ列にゼロ詰めを行ってドップラヒストリをドップラ周波数方向に補間することを特徴とする画像レーダ装置。 - 請求項1ないし7のいずれか1項に記載の画像レーダ装置において、
前記補償量算出手段で算出された前記レンジ補償量および前記位相補償量を記憶する修正補償量記憶部と、
前記修正補償量記憶部に記憶された前記位相補償量に基づいて前記時系列データ抽出手段で抽出された時系列データの位相を補償する時系列データ補償手段と、
前記補償量算出手段で算出された前記レンジ補償量および前記位相補償量に基づいて、前記ドップラヒストリ生成手段で実行する短時間フーリエ変換に用いる時系列データの点数を変更するSTFT点数変更手段と
をさらに備え、
前記前記ドップラヒストリ生成手段は、前記時系列データ補償手段により補償された時系列データを、STFT点数変更手段で変更された時系列データの点数を用いて短時間フーリエ変換を行うことにより新たなドップラヒストリを生成し、
前記補償量算出手段は、前記新たなドップラヒストリに対応して算出したレンジ補償量および位相補償量と、前記修正補償量記憶部に記憶されている前回のレンジ補償量および位相補償量とをそれぞれ加算することにより更新後のレンジ補償量および位相補償量を算出して前記修正補償量記憶部に記憶させ、前記更新後のレンジ補償量および位相補償量の変化量が所定値以内になるか、もしくは所定回数算出するまで補償量の算出処理を繰り返し行う
ことを特徴とする画像レーダ装置。 - 請求項1ないし7のいずれか1項に記載の画像レーダ装置において、
前記補償量算出手段で算出された前記レンジ補償量および前記位相補償量を記憶する修正補償量記憶部と、
前記修正補償量記憶部に記憶された前記位相補償量に基づいて前記時系列データ抽出手段で抽出された時系列データの位相を補償する時系列データ補償手段と、
前記補償量算出手段で算出された前記レンジ補償量および前記位相補償量に基づいて、前記ヒストリ切出し手段で前記短時間ドップラヒストリを切り出す切出し点数を変更するドップラヒストリ切出し点数変更手段と
をさらに備え、
前記前記ドップラヒストリ生成手段は、前記時系列データ補償手段により補償された時系列データに対して短時間フーリエ変換を行うことにより新たなドップラヒストリを生成し、
前記ヒストリ切出し手段は、前記ドップラヒストリ切出し点数変更手段で変更された切出し点数を用いて新たな短時間ドップラヒストリを切出し、
前記補償量算出手段は、前記新たな短時間ドップラヒストリに対応して算出したレンジ補償量および位相補償量と、前記修正補償量記憶部に記憶されている前回のレンジ補償量および位相補償量とをそれぞれ加算することにより更新後のレンジ補償量および位相補償量を算出して前記修正補償量記憶部に記憶させ、前記更新後のレンジ補償量および位相補償量の変化量が所定値以内になるか、もしくは所定回数算出するまで補償量の算出処理を繰り返し行う
ことを特徴とする画像レーダ装置。 - 請求項1ないし7のいずれか1項に記載の画像レーダ装置において、
前記補償量算出手段で算出された前記レンジ補償量および前記位相補償量を記憶する修正補償量記憶部と、
前記修正補償量記憶部に記憶された前記位相補償量に基づいて前記時系列データ抽出手段で抽出された時系列データの位相を補償する時系列データ補償手段と、
前記補償量算出手段で算出された前記レンジ補償量および前記位相補償量に基づいて、前記ドップラヒストリ生成手段で実行する短時間フーリエ変換に用いる時系列データの点数を変更するSTFT点数変更手段と
前記補償量算出手段で算出された前記レンジ補償量および前記位相補償量に基づいて、前記ヒストリ切出し手段で前記短時間ドップラヒストリを切り出す切出し点数を変更するドップラヒストリ切出し点数変更手段と
をさらに備え、
前記前記ドップラヒストリ生成手段は、前記時系列データ補償手段により補償された時系列データを、STFT点数変更手段で変更された時系列データの点数を用いて短時間フーリエ変換を行うことにより新たなドップラヒストリを生成し、
前記ヒストリ切出し手段は、前記ドップラヒストリ切出し点数変更手段で変更された切出し点数を用いて新たな短時間ドップラヒストリを切出し、
前記補償量算出手段は、前記新たな短時間ドップラヒストリに対応して算出したレンジ補償量および位相補償量と、前記修正補償量記憶部に記憶されている前回のレンジ補償量および位相補償量とをそれぞれ加算することにより更新後のレンジ補償量および位相補償量を算出して前記修正補償量記憶部に記憶させ、前記更新後のレンジ補償量および位相補償量の変化量が所定値以内になるか、もしくは所定回数算出するまで補償量の算出処理を繰り返し行う
ことを特徴とする画像レーダ装置。 - 請求項1に記載の画像レーダ装置において、
前記ヒストリ切り出し手段は、
区分ヒストリ上の軌跡の傾きを推定するために、入力された前記ドップラヒストリの振幅分布に対して、1次元フーリエ変換を行ってFFTヒストリを算出するFFTヒストリ算出手段と、
短時間2次元フーリエ変換を行う際の切出し点数に基づいて前記FFTヒストリをヒット方向に切出すFFTヒストリ切出し手段と
を有し、
前記ドップラ変換率推定手段は、
前記FFTヒストリ切出し手段で切出されたFFTヒストリをヒット方向にフーリエ変換して、入力された前記ドップラヒストリのスペクトル画像を生成する1D−FT手段と、
生成された前記スペクトル画像に基づいて複素画像上の軌跡の傾きを推定するスペクトル画像傾き推定手段と、
推定された前記傾きに基づいてドップラ周波数の変化率を推定するドップラ変化率算出手段と
を有する
ことを特徴とする画像レーダ装置。 - 請求項1に記載の画像レーダ装置において、
前記ドップラヒストリ生成手段は、ドップラヒストリ生成のための短時間フーリエ変換において、ゼロ詰め後のデータ点数を一定に保ちつつ、前記時系列データを短時間フーリエ変換したときの反射点が所定の基準ドップラヒストリ幅以内になるように前記時系列データの切出し点数を変更しながら前記ドップラヒストリを生成することを特徴とする画像レーダ装置。 - 請求項1ないし12のいずれか1項に記載の画像レーダ装置において、
運動補償後のレンジヒストリから時系列信号を抽出し、前記時系列信号をフィルタリング処理し、フィルタリング処理後の時系列信号の位相変化に基づいて、前記運動補償後のレンジヒストリに残存する不要なレンジ変化を推定し、前記不要なレンジ変化に基づいてレンジヒストリのレンジおよびドップラの不要な変化の影響を補償するためのレンジ分解能で規格化したレンジ補償量と位相補償量を算出する精細補償量推定器と、
前記精細補償量推定器の出力である前記レンジ補償量および前記位相補償量を用いて前記運動補償後のレンジヒストリに残存する不要なレンジ変化を補償する精細運動補償器と
を有する精細補償回路をさらに備え、
前記精細補償量推定器は、前記2次元フーリエ変換補償回路内の前記運動補償器により補償されたレンジヒストリを運動補償後のレンジヒストリとして取り込むことを特徴とする画像レーダ装置。 - 移動する目標に対して電波を送信し、前記目標からの反射波を受信して、レンジプロフィールの時間履歴であるレンジヒストリを生成し、前記レンジヒストリのクロスレンジ圧縮により前記目標の画像を得る画像レーダ装置において、
レンジヒストリから各区分時間領域のレンジヒストリである短時間レンジヒストリを切出すヒストリ切出し手段と、
前記ヒストリ切出し手段で切り出された前記短時間レンジヒストリ上の各反射点の軌跡のレンジ変化率を推定するレンジ変化率推定手段と、
前記レンジ変化率を統合して全時間におけるレンジの変化を推定するレンジヒストリ変化算出手段と、
前記レンジヒストリ変化算出手段で推定された前記レンジの変化に基づいてレンジヒストリのレンジおよびドップラの不要な変化の影響を補償するためのレンジ分解能で規格化したレンジ補償量および位相補償量を算出する補償量算出手段と、
算出された前記レンジ補償量および前記位相補償量に基づいてレンジヒストリの不要なレンジおよび位相の変化を補償する粗運動補償器と
を有する粗補償回路を備え、
レンジヒストリから時系列データを抽出する時系列データ抽出手段と、
抽出された前記時系列データに短時間フーリエ変換を適用してドップラプロフィールの時間履歴であるドップラヒストリを生成するドップラヒストリ生成手段と、
生成された前記ドップラヒストリから区分時間領域のドップラヒストリである短時間ドップラヒストリを切り出すヒストリ切出し手段と、
切り出された前記短時間ドップラヒストリ上の各反射点の軌跡のドップラ周波数の変化率を推定するドップラ変化率推定手段と、
複数の短時間ドップラヒストリに対して推定された前記ドップラ周波数の変化率に基づいて全時間におけるドップラ周波数の変化を推定し、推定結果に基づいて目標とレーダとの間のレンジの変化を推定するレンジ変化算出手段と、
推定された前記レンジの変化に基づいて、前記レンジヒストリのレンジおよびドップラの不要な変化の影響を補償するためのレンジ分解能で規格化したレンジ補償量および位相補償量を算出する補償量算出手段と、
算出された前記レンジ補償量および前記位相補償量に基づいて前記レンジヒストリの不要なレンジおよび位相の変化を補償する運動補償器と
を有する2次元フーリエ変換補償回路をさらに備え
前記時系列データ抽出手段は、前記粗補償回路内の前記粗運動補償器により補償されたレンジヒストリから時系列データを抽出し、注目する反射点の軌跡が含まれるように、レンジの切出し範囲を設定し、下式
ことを特徴とする画像レーダ装置。 - 請求項14に記載の画像レーダ装置において、
運動補償後のレンジヒストリから時系列信号を抽出し、前記時系列信号をフィルタリング処理し、フィルタリング処理後の時系列信号の位相変化に基づいて、前記運動補償後のレンジヒストリに残存する不要なレンジ変化を推定し、前記不要なレンジ変化に基づいてレンジヒストリのレンジおよびドップラの不要な変化の影響を補償するためのレンジ分解能で規格化したレンジ補償量と位相補償量を算出する精細補償量推定器と、
前記精細補償量推定器の出力である前記レンジ補償量および前記位相補償量を用いて前記運動補償後のレンジヒストリに残存する不要なレンジ変化を補償する精細運動補償器と
を有する精細補償回路をさらに備え、
前記精細補償量推定器は、前記2次元フーリエ変換補償回路内の前記運動補償器により補償されたレンジヒストリを運動補償後のレンジヒストリとして取り込むことを特徴とする画像レーダ装置。
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