JP5247155B2

JP5247155B2 - レーダ装置

Info

Publication number: JP5247155B2
Application number: JP2008000491A
Authority: JP
Inventors: 礼伊藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-01-07
Filing date: 2008-01-07
Publication date: 2013-07-24
Anticipated expiration: 2028-01-07
Also published as: JP2009162611A

Description

この発明は、目標とレーダ装置の相対位置関係の変化に基づく反射信号の変化を利用して目標を画像化するレーダ装置に関するものである。

この種のレーダは、一般に高分解能レーダまたは画像レーダと呼ばれ（例えば特許文献１、非特許文献１参照）、また、その一種として移動レーダで静止目標を観測する合成開口レーダ（ＳＡＲ；Synthetic Aperture Radar）や静止レーダで移動目標をする（ＩＳＡＲ；Inverse Synthetic Aperture Radar）が知られている。この種のレーダでは、距離方向に高い分解能をもつ送信信号により、目標を距離方向に分解し、長時間観測し、ドップラー周波数により、クロスレンジ方向に分解し二次元の目標画像を得ている。

特開平１０−２６８０４２号公報 Donald R. Wehner, High Resolution Radar, Artech House, INC.1987, pp273-339

以上のような従来のレーダ装置は、得られた二次元画像の画素の輝度は、対応する目標の反射点のレーダ断面積に依存するため、目標の構造によりばらつきを生じる。また、目標の構造や姿勢およびレーダ空中線との位置関係によっては、目標自身の構造物の遮蔽等により電波が照射されず、反射信号が小さくなる場合がある。これら、目標の反射点のレーダ断面積、レーダ電波の照射状況などにより、１枚のＩＳＡＲ画像では十分な輝度が得られず、画像として画素が欠落し、目標画像として不完全となる場合がある。

この発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、目標の特徴点を用いて時刻ごとのＩＳＡＲ画像を重ね合わせられるようにすることで、目標の構造や姿勢によらず、画素欠落の少ない、正確な目標画像を取得可能にするレーダ装置を得ることを目的とする。

この発明に係るレーダ装置は、所定の観測時間内で異なる時刻ごとの観測されたレーダ受信信号からＩＳＡＲ画像を生成するＩＳＡＲ処理手段と、生成された時刻別のＩＳＡＲ画像の中から基準画像とするＩＳＡＲ画像を格納する第１の画像メモリと、生成された時刻別のＩＳＡＲ画像の中から前記基準画像以降の画像を補正対象画像として逐次格納する第２の画像メモリと、前記第１の画像メモリに格納された前記基準画像と前記第２の画像メモリに格納された補正対象画像から目標の特徴点をそれぞれ抽出する第１、第２の特徴点抽出手段と、前記第１、第２の特徴点抽出手段で抽出された目標の特徴点の相関をとり、レンジ方向、ドップラー方向の補正値を算出する相関処理手段と、前記相関処理手段で算出されたレンジ方向、ドップラー方向の補正値に基づいて、前記第２の画像メモリ内に格納された補正対象のＩＳＡＲ画像を補正するレンジ・ドップラー補正手段と、前記第１、第２の特徴点抽出手段で抽出された目標の特徴点の相関をとり、レンジ方向、ドップラー方向の補正値に基づいて補正されたＩＳＡＲ画像と前記第１の画像メモリに格納された前記基準画像とを積分して前記第１の画像メモリに格納する積分手段を備え、前記第１の画像メモリに格納される前記積分手段により前記第１、第２の特徴点抽出手段で抽出された目標の特徴点の相関をとり、レンジ方向、ドップラー方向の補正値に基づいて補正されたＩＳＡＲ画像と前記第１の画像メモリに格納された前記基準画像とを積分して得た画像を新たな基準画像とすると共に、前記第２の画像メモリに格納される時刻別の２番目以降のＩＳＡＲ画像を新たな補正対象画像とし、前記第１、第２の特徴点抽出手段が、前記新たな基準画像と前記新たな補正対象画像から目標の特徴点をそれぞれ抽出し、前記相関処理手段が、この抽出された目標の特徴点の相関をとり、レンジ方向、ドップラー方向の補正値を算出し、前記レンジ・ドップラー補正手段が、この補正値に基づいて、前記第２の画像メモリ内に格納された補正対象のＩＳＡＲ画像を補正し、前記積分手段が、この補正されたＩＳＡＲ画像と前記新たな基準画像とを積分する処理サイクルを、前記所定の観測時間内の時刻別のＩＳＡＲ画像に対して逐次行ない、最終時刻となるＩＳＡＲ画像について積分処理した画像を前記第１の画像メモリから後段に出力することを特徴とするものである。

この発明によれば、所定の観測時間内における各時刻のＩＳＡＲ画像から重ね合せのキーとなる目標の特徴点をそれぞれ抽出し、特徴点の相関をとってレンジ方向、ドップラー方向の補正値を得、この補正値で各時刻のＩＳＡＲ画像の特徴点を重ね合わせられるように補正しているため、各ＩＳＡＲ画像の画素は補正により対応が取れているので、画素同士の積分が可能となる。したがって、この積分により、微弱信号の積上げが期待でき、目標の構造や姿勢によらず、画素欠落の少ない、正確な目標を得ることができる。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１によるレーダ装置の機能構成を示すブロック図である。このレーダ装置の発明の対象となる構成部分は、ＩＳＡＲ処理手段１、複数の画像メモリ２₁ 〜２_N 、複数の特徴点抽出手段３₁ 〜３_N 、相関処理手段４、複数のレンジ・ドップラー補正手段５₁ 〜５_N および積分手段６を備えている。
図１において、ＩＳＡＲ処理手段１には、適切な観測時間（所定の時間）内で異なる時刻に観測したレーダ受信信号が入力される。ここで観測時間について説明しておくと、通常、長時間観測すれば、積分効果により微弱信号を積上げることができるが、ＩＳＡＲ画像の場合は、適切な観測時間を超える長時間観測とすると、各反射点の運動が複雑なものとなり、観測時間内で速度の変化が大きくなるため、ドップラーの広がりが大きくなり画像にボケが生じる。そのため、この発明では、ＩＳＡＲ画像にボケが生じないようにするため、適切な観測時間を設定する。適切な観測時間は、目標とレーダとの相対運動に依存して決められる。また、時刻ごとの画像取得の時間帯は、全長で、大きく目標の姿勢変化があり、レーダ断面積の揺らぎや電波照射状況の変化が期待できるよう設定する。画像生成の対象となるレーダ受信信号は、各対象画像間で、一部の重なりがあったり、重なり無く連続したり、離散的になっても構わない。

ＩＳＡＲ処理手段１では、入力されたレーダ受信信号から適切な観測時間内における時刻別のＩＳＡＲ画像を順次生成して複数の画像メモリ２に与える。ここで、ＩＳＡＲ画像は、レンジと直交するクロスレンジ軸の分解能を、目標の運動により生じるエコーのドップラー周波数で得たものである。複数の画像メモリ２₁ 〜２_N には、時刻別のＩＳＡＲ画像が順次格納される。
特徴点抽出手段３₁ 〜３_N では、複数の画像メモリ２₁ 〜２_N に格納された時刻別のＩＳＡＲ画像から目標の特徴点をそれぞれ抽出して相関処理抽出手段４に与える。目標の特徴点は画像に端部や突部として現れる部分で、例えば目標が艦船である場合、艦首、艦尾、マストなどであるが、目標の種類や構造によって決まる。

相関処理手段４では、特徴点抽出手段３₁ 〜３_N で抽出された目標の特徴点ついて、適当な画像を基準画像として、他の画像と基準画像間で特徴点の相関をとり、全ての画像を基準画像に重ね合わせられるように各対象画像に対するレンジ方向、ドップラー方向の補正値（位置補正、縮尺補正、角度補正など）を算出する。
複数のレンジ・ドップラー補正手段５₁ 〜５_N では、相関処理手段４で算出されたレンジ方向、ドップラー方向の補正値に基づいて、画像メモリ２₁ 〜２_N に格納された時刻別のＩＳＡＲ画像をそれぞれレンジ方向、ドップラー方向に補正し、補正した各ＩＳＡＲ画像を積分手段６に出力する。積分手段６では、補正された各ＩＳＡＲ画像を、レンジ、ドップラー画素ごとに積分して出力する。

以上のように、この実施の形態１によれば、時刻別のＩＳＡＲ画像を一旦複数の画像メモリ２1 〜２N に格納し、特徴点抽出手段３1 〜３N により、時刻別の画像から重ね合せのキーとなる目標の特徴点をそれぞれ抽出し、相関処理手段４により、目標の特徴点の相関をとり、特徴点を重ね合わせられるようにレンジ方向、ドップラー方向の補正値を算出し、この算出された補正値に基づいて、レンジ・ドップラー補正手段で、画像メモリ２1〜２N に、先に格納してある時刻別のＩＳＡＲ画像をそれぞれ補正し、補正された各ＩＳＡＲ画像を積分手段６で積分して重ね合わせるようにしている。
一般に正確な目標を得るためには複数の画像を積分すればよいが、ＩＳＡＲ画像の場合は、目標の姿勢、運動によりレンジ方向、ドップラー方向が時々刻々変化しずれが生じるため、単純に画素同士を加算することはできない。そのため、この実施の形態１では、各時刻のＩＳＡＲ画像から重ね合せのキーとなる目標の特徴点をそれぞれ抽出し、特徴点の相関をとってレンジ方向、ドップラー方向の補正値を得、この補正値で各時刻のＩＳＡＲ画像の特徴点を重ね合わせられるように補正しているため、各ＩＳＡＲ画像の画素は補正により対応が取れているので、画素同士の積分が可能となる。したがって、この積分により、微弱信号の積上げが期待でき、目標の構造や姿勢によらず、画素欠落の少ない、正確な目標を得ることができる。特に、ＩＳＡＲ画像において、目標の反射点のレーダ断面積が小さい場合や、目標の構造、姿勢により電波照射が十分でない場合の輝度の低い画素の輝度を向上させ、目標画像としての完成度を高めることができる。結果的には、異なる時刻で、従来に比べ長時間にわたる目標場面が観測できるため、目標の姿勢による電波遮蔽の改善効果も期待できる。また、複数のＩＳＡＲ画像を並列処理するため、基準画像としてドップラーが適当に広がりのある、視認性の高いＩＳＡＲ画像を得ることが可能である。

実施の形態２．
図２は、この発明の実施の形態１によるレーダ装置の機能構成を示す図である。
図において、適切な観測時間（所定の時間）内で異なる時刻に観測したレーダ受信信号が入力されると、ＩＳＡＲ処理手段１は、レーダ受信信号からＩＳＡＲ画像を生成し、例えば最初の時刻のＩＳＡＲ画像を基準画像として画像メモリ（第１の画像メモリ）２１に格納し、次の時刻のＩＳＡＲ画像を補正対象画像として画像メモリ（第２の画像メモリ）２２に格納する。２つの特徴点抽出手段（第１、第２の特徴点抽出手段）３１，３２では、実施の形態１で説明したように、それぞれ対応する画像メモリ２１，２２に格納されたＩＳＡＲ画像から目標の特徴点を抽出して相関処理手段４１に与える。相関処理手段４１では、特徴点抽出手段３１，３２で抽出されたそれぞれの目標の特徴点について、基準画像と補正対象画像間で特徴点の相関をとり、レンジ方向、ドップラー方向の補正値を算出し、レンジ・ドップラー補正手段５１に与える。

レンジ・ドップラー補正手段５１では、相関処理手段４１で算出されたレンジ方向、ドップラー方向の補正値に基づいて、画像メモリ２２に格納された補正対象画像であるＩＳＡＲ画像をレンジ方向、ドップラー方向に補正し、補正したＩＳＡＲ画像を積分手段６１に出力する。このとき、画像メモリ２１からも積分手段６１に基準画像であるＩＳＡＲ画像が与えられる。したがって、積分手段６１では、基準画像と補正されたＩＳＡＲ画像を、レンジ、ドップラー画素ごとに積分し、積分された画像を画像メモリ２１に与えて格納する。なお、画像メモリ２１は基準画像を積分手段６１に与えた後、例えばＩＳＡＲ処理手段１からの指示を受けてメモリクリアされるものとする。

次に、３番目の時刻のＩＳＡＲ画像を補正対象画像として画像メモリ２２に格納する。ここで、画像メモリ２１に格納された今回積分されたＩＳＡＲ画像を基準画像とする。３番目の時刻のＩＳＡＲ画像と基準画像について、特徴点抽出、相関処理、補正対象画像の補正および積分を前回と同様に行い、積分されたＩＳＡＲ画像を画像メモリ２１に格納する。以降、同じ処理サイクルを、予め決めた観測時間内の時刻ごとのＩＳＡＲ画像に対して逐次行なう。最終時刻とするＩＳＡＲ画像に対しての処理による積分された画像が画像メモリ２１に格納されると、その積分後の画像は画像メモリ２１から目標検出処理のため後段に出力される。

以上のように、この実施の形態２によれば、ＩＳＡＲ処理手段１で生成された時刻別のＩＳＡＲ画像の一つを基準画像とし、残りの時刻別のＩＳＡＲ画像を補正対象画像として画像メモリ２１，２２に格納し、この両画像を用いて目標の特徴点の抽出、特徴点の相関処理、補正対象画像のレンジ・ドップラー補正および補正画像と基準画像の積分を行って画像を画像メモリ２１に格納し、さらに画像メモリ２１に格納される積分後の画像を基準画像とすると共に、画像メモリ２２に格納される時刻別の２番目以降のＩＳＡＲ画像を補正対象画像とし、特徴点の抽出、特徴点の相関処理、補正対象画像のレンジ・ドップラー補正および積分からなる処理サイクルを、適切な観測時間内の時刻別のＩＳＡＲ画像に対して逐次行ない、最終時刻となるＩＳＡＲ画像について積分処理した画像を目標検出の対象画像するようにしている。したがって、実施の形態１と同様に、積分により、微弱信号の積上げが期待でき、正確な目標を得ることができる。ただし、基準画像としては、１枚目のＩＳＡＲ画像が主体となるため、基準画像として視認性のよい画像を選定することの自由度には限界がある。しかし、実施の形態１に比較して、画像メモリ、特徴点抽出手段、レンジ・ドップラー補正手段が少ないため、その分構成を小さくできるという利点がある。

この発明の実施の形態１によるレーダ装置の機能構成を示すブロック図である。この発明の実施の形態２によるレーダ装置の機能構成を示すブロック図である。

符号の説明

１ＩＳＡＲ処理手段、２₁ 〜２_N ，２１，２２画像メモリ、３₁ 〜３_N ，３１，３２特徴点抽出手段、４，４１相関処理手段、５₁ 〜５_N ，５１レンジ・ドップラー補正手段、６，６１積分手段。

Claims

所定の観測時間内で異なる時刻ごとの観測されたレーダ受信信号からＩＳＡＲ画像を生成するＩＳＡＲ処理手段と、
生成された時刻別のＩＳＡＲ画像の中から基準画像とするＩＳＡＲ画像を格納する第１の画像メモリと、
生成された時刻別のＩＳＡＲ画像の中から前記基準画像以降の画像を補正対象画像として逐次格納する第２の画像メモリと、
前記第１の画像メモリに格納された前記基準画像と前記第２の画像メモリに格納された補正対象画像から目標の特徴点をそれぞれ抽出する第１、第２の特徴点抽出手段と、
前記第１、第２の特徴点抽出手段で抽出された目標の特徴点の相関をとり、レンジ方向、ドップラー方向の補正値を算出する相関処理手段と、
前記相関処理手段で算出されたレンジ方向、ドップラー方向の補正値に基づいて、前記第２の画像メモリ内に格納された補正対象のＩＳＡＲ画像を補正するレンジ・ドップラー補正手段と、
前記第１、第２の特徴点抽出手段で抽出された目標の特徴点の相関をとり、レンジ方向、ドップラー方向の補正値に基づいて補正されたＩＳＡＲ画像と前記第１の画像メモリに格納された前記基準画像とを積分して前記第１の画像メモリに格納する積分手段を備え、
前記第１の画像メモリに格納される前記積分手段により前記第１、第２の特徴点抽出手段で抽出された目標の特徴点の相関をとり、レンジ方向、ドップラー方向の補正値に基づいて補正されたＩＳＡＲ画像と前記第１の画像メモリに格納された前記基準画像とを積分して得た画像を新たな基準画像とすると共に、前記第２の画像メモリに格納される時刻別の２番目以降のＩＳＡＲ画像を新たな補正対象画像とし、前記第１、第２の特徴点抽出手段が、前記新たな基準画像と前記新たな補正対象画像から目標の特徴点をそれぞれ抽出し、前記相関処理手段が、この抽出された目標の特徴点の相関をとり、レンジ方向、ドップラー方向の補正値を算出し、前記レンジ・ドップラー補正手段が、この補正値に基づいて、前記第２の画像メモリ内に格納された補正対象のＩＳＡＲ画像を補正し、前記積分手段が、この補正されたＩＳＡＲ画像と前記新たな基準画像とを積分する処理サイクルを、前記所定の観測時間内の時刻別のＩＳＡＲ画像に対して逐次行ない、最終時刻となるＩＳＡＲ画像について積分処理した画像を前記第１の画像メモリから後段に出力することを特徴とするレーダ装置。