JP5424667B2 - 画像レーダ装置 - Google Patents
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Description
図1は、この発明の実施の形態1に係る画像レーダ装置の機能構成を示すブロック図である。また、図2乃至図4はこの発明の実施の形態1に係る画像レーダ装置の動作原理を説明するための説明図である。以下では、まず、図2乃至図4を用いて、本実施の形態1に係る画像レーダ装置の動作原理を説明する。なお、本明細書においては、画像レーダの方式としてISAR方式を対象として記載するが、SAR(Synthetic Aperture Radar)方式や、その他の画像レーダ方式を用いたものについても、同様の原理が成立することは明らかである。
図5は、この発明の実施の形態2に係る画像レーダ装置の機能構成を示すブロック図である。図5において、新たな符号として、26は相関処理部、11aは相関動画像利用目標運動・形状推定部、27は相関画像履歴蓄積部、28は相関画像反射点抽出部であり、その他は図1と同様である。
図6は、この発明の実施の形態3に係る画像レーダ装置の機能構成を示すブロック図である。図6において、新たな符号として、29は形状推定可能性判定部であり、その他は図1と同様である。
図7は、この発明の実施の形態4に係る画像レーダ装置の機能構成を示すブロック図である。図7において、新たな符号として、30は形状合成部であり、その他は図1と同様である。
図8は、この発明の実施の形態5に係る画像レーダ装置の機能構成を示すブロック図である。図8において、新たな符号として、11bはドップラー周波数変化率利用型目標運動・形状推定部、17aはレンジ方向加速度利用型目標形状・角速度算出部、31はドップラー周波数変化率算出部、32は反射点レンジ方向加速度算出部であり、その他は図1と同様である。
図11は、この発明の実施の形態6に係る画像レーダ装置の機能構成を示すブロック図である。図11において、新たな符号として、11cは位相差2次微分利用型目標運動・形状推定部、15aは位相差変化率・2次微分算出部、17bは加速度利用型目標形状・角速度算出部、32aは反射点加速度算出部であり、その他は図8と同様である。
図14は、この発明の実施の形態7に係る画像レーダ装置の機能構成を示すブロック図である。図14において、新たな符号として、11dは時変角速度考慮型目標運動・形状推定部、17cは時変角速度考慮型目標形状・角速度算出部であり、その他は図8と同様である。
Claims (18)
- 目標に対して送信電波を照射する送信手段と、
前記送信電波が前記目標で反射された反射電波を受信する、互いに異なる位置に配置された複数の受信用アンテナおよび受信機と、
前記複数の受信用アンテナおよび受信機で受信された前記受信電波に基づき、前記目標のレーダ動画像を再生するレーダ画像再生部と、
前記レーダ画像再生部で連続的に再生された複数のレーダ動画像を用いて目標の運動及び形状を推定する目標運動・形状推定手段とを備え、
前記目標運動・形状推定手段は、
前記レーダ画像再生部において再生されたレーダ動画像の各フレームから、輝度の強い点の視線方向の位置とドップラー周波数および複素振幅の情報を抽出する反射点抽出手段と、
各フレームにおいて前記反射点抽出手段で抽出された点をフレーム間で対応付けるフレーム間反射点対応手段と、
異なる受信機で受信された信号に基づく動画像で観測された対応する点同士の前記複素振幅の位相差を算出する位相差算出手段と、
前記位相差算出手段において算出された位相差の変化率を算出する位相差変化率算出手段と、
前記反射点抽出手段で抽出された点のドップラー周波数および前記位相差変化率算出手段において算出された位相差の変化率を利用して、対応する反射点の速度を算出する反射点速度算出手段と、
前記反射点抽出手段で抽出された点の視線方向の位置および前記反射点速度算出手段において算出された反射点の速度を利用して、目標の角速度および反射点の三次元の座標を算出する目標形状・角速度算出手段と
を有することを特徴とする画像レーダ装置。 - 目標に対して送信電波を照射する送信手段と、
前記送信電波が前記目標で反射された反射電波を受信する、互いに異なる位置に配置された複数の受信用アンテナおよび受信機と、
前記複数の受信用アンテナおよび受信機で受信された前記受信電波に基づき、前記目標のレーダ動画像を再生するレーダ画像再生部と、
前記レーダ画像再生部で連続的に再生された複数のレーダ動画像を用いて目標の運動及び形状を推定する目標運動・形状推定手段とを備え、
前記レーダ画像再生部で連続的に再生された異なる受信機で受信された信号に基づき生成されたレーダ動画像間の画素ごとの相関を算出して相関動画像を得る相関処理部をさらに備え、
前記目標運動・形状推定手段は、前記レーダ画像再生部で連続的に再生された複数のレーダ動画像に対して、前記相関処理部で算出された相関動画像を用いて目標の運動及び形状を推定する相関動画像利用目標運動・形状推定手段でなり、
前記相関動画像利用目標運動・形状推定手段は、
相関動画像の各フレームから、相関値の大きい点の視線方向の位置とドップラー周波数および複素振幅の情報を抽出する反射点抽出手段と、
各フレームにおいて前記反射点抽出手段で抽出された点をフレーム間で対応付けるフレーム間反射点対応手段と、
前記相関動画像における位相値として得られている位相差の変化率を算出する位相差変化率算出手段と、
前記反射点抽出手段で抽出された点のドップラー周波数および、前記位相差変化率算出手段において算出された位相差の変化率を利用して、対応する反射点の速度を算出する反射点速度算出手段と、
前記反射点抽出手段で抽出された点の視線方向の位置および、前記反射点速度算出手段において算出された反射点の速度を利用して、目標の角速度および反射点の三次元の座標を算出する目標形状・角速度算出手段と
を有することを特徴とする画像レーダ装置。 - 請求項1から2までのいずれか1項に記載の画像レーダ装置において、
前記受信用アンテナは、送受信を兼ねる送受信用アンテナを1つ、受信用補助アンテナを2つ有し、送受信用アンテナと受信用補助アンテナのうち一つをつなぐ2本の基線ベクトルが互いに直交するようにして、3つのアンテナが配置されている
ことを特徴とする画像レーダ装置。 - 請求項1から3までのいずれか1項に記載の画像レーダ装置において、
前記反射点速度算出手段において算出された各反射点の速度から、目標運動の回転軸の向きを推定することにより、現在の観測のジオメトリの条件で目標の三次元形状を推定できるか否かを判定する形状推定可能性判定手段をさらに備えた
ことを特徴とする画像レーダ装置。 - 請求項4に記載の画像レーダ装置において、
前記形状推定可能性判定手段は、前記反射点速度算出手段において算出された各反射点の速度ベクトルの共分散行列を算出し、前記共分散行列を固有値展開した後、その最小固有値に対応する固有ベクトルの向きを目標運動の回転軸の向きと推定する
ことを特徴とする画像レーダ装置。 - 請求項1から5までのいずれか1項に記載の画像レーダ装置において、
前記目標運動・形状推定手段から出力される複数回の観測の実施に基づく複数の目標形状の推定結果を合成する形状合成手段をさらに備えた
ことを特徴とする画像レーダ装置。 - 請求項6に記載の画像レーダ装置において、
前記形状合成手段は、遮蔽による形状の欠損を補うために、異なる方向からの観測結果から推定された形状を重畳する
ことを特徴とする画像レーダ装置。 - 請求項6に記載の画像レーダ装置において、
前記形状合成手段は、形状の推定精度を向上するために、複数の観測結果の平均処理を実施する
ことを特徴とする画像レーダ装置。 - 請求項1から8までのいずれか1項に記載の画像レーダ装置において、
前記位相差変化率算出手段は、複数フレームにおいて算出された位相差の値に対して最小二乗法によって直線あてはめを行うことによって、位相差変化率を算出する
ことを特徴とする画像レーダ装置。 - 請求項1から8までのいずれか1項に記載の画像レーダ装置において、
前記位相差変化率算出手段は、複数フレームにおいて算出された位相差の値に対して、前記反射点抽出手段で抽出された、対応する点の複素振幅から算出された反射強度の情報を用いて重み付けを行うことにより、重み付け最小二乗法によって直線あてはめを行うことによって位相差変化率を算出する
ことを特徴とする画像レーダ装置。 - 請求項1から10までのいずれか1項に記載の画像レーダ装置において、
前記目標形状・角速度算出手段は、前記反射点抽出手段で抽出された3個以上の点のドップラー周波数および前記位相差変化率算出手段において算出された位相差の変化率を利用して、最小二乗法によって目標の角速度および反射点の三次元の座標を算出する
ことを特徴とする画像レーダ装置。 - 請求項1から10までのいずれか1項に記載の画像レーダ装置において、
前記目標形状・角速度算出手段は、前記反射点抽出手段で抽出された3個以上の点のドップラー周波数および前記位相差変化率算出手段において算出された位相差の変化率を利用して、さらに、前記反射点抽出手段で抽出された、対応する点の複素振幅から算出された反射強度の情報を用いて重み付けを行うことにより、重み付け最小二乗法によって目標の角速度および反射点の三次元の座標を算出する
ことを特徴とする画像レーダ装置。 - 目標に対して送信電波を照射する送信手段と、
前記送信電波が前記目標で反射された反射電波を受信する、互いに異なる位置に配置された複数の受信用アンテナおよび受信機と、
前記複数の受信用アンテナおよび受信機で受信された前記受信電波に基づき、前記目標のレーダ動画像を再生するレーダ画像再生部と、
前記レーダ画像再生部で連続的に再生された複数のレーダ動画像を用いて目標の運動及び形状を推定する目標運動・形状推定手段とを備え、
前記目標運動・形状推定手段は、目標形状および角速度の推定に、ドップラー周波数の変化率の情報を用いるドップラー周波数変化率利用型目標運動・形状推定手段でなり、
前記ドップラー周波数変化率利用型目標運動・形状推定手段は、
前記レーダ画像再生部において再生されたレーダ動画像の各フレームから、輝度の強い点の視線方向の位置とドップラー周波数および複素振幅の情報を抽出する反射点抽出手段と、
各フレームにおいて前記反射点抽出手段で抽出された点をフレーム間で対応付けるフレーム間反射点対応手段と、
異なる受信機で受信された信号に基づく動画像で観測された対応する点同士の前記複素振幅の位相差を算出する位相差算出手段と、
前記位相差算出手段において算出された位相差の変化率を算出する位相差変化率算出手段と、
前記反射点抽出手段で抽出された点のドップラー周波数および前記位相差変化率算出手段において算出された位相差の変化率を利用して、対応する反射点の速度を算出する反射点速度算出手段と、
前記反射点抽出手段で抽出された点のドップラー周波数の変化率を算出するドップラー周波数変化率算出手段と、
前記ドップラー周波数変化率算出手段で算出されたドップラー周波数の変化率を、レンジ方向の加速度に換算する反射点レンジ方向加速度算出手段と、
前記反射点抽出手段で抽出された点の視線方向の位置および前記反射点速度算出手段において算出された反射点の速度および前記反射点レンジ方向加速度算出手段において算出された反射点のレンジ方向の加速度を利用して、目標の角速度および反射点の三次元の座標を算出するレンジ方向加速度利用型目標形状・角速度算出手段と
を有することを特徴とする画像レーダ装置。 - 請求項13に記載の画像レーダ装置において、
前記レンジ方向加速度利用型目標形状・角速度算出手段は、
前記反射点速度算出手段において算出された反射点の速度の集合の共分散行列を固有値分解して、最小固有値に対応する固有ベクトルを算出し、同固有ベクトルの向きを目標回転運動の回転軸方向の推定値として出力する回転軸推定手段と、
前記回転軸推定手段によって算出された回転軸方向の推定値と、前記反射点抽出手段で抽出された点の視線方向の位置および前記反射点速度算出手段において算出された反射点の速度および前記反射点レンジ方向加速度算出手段において算出された反射点のレンジ方向の加速度とを利用して、角速度の大きさをパラメ−タとしつつ線形最小二乗法によって反射点の三次元の座標の推定値を算出することを繰り返し、推定誤差を最小とする角速度の大きさと、反射点の三次元の座標の推定値を出力するレンジ方向加速度利用型角速度・反射点座標算出部と
を有することを特徴とする画像レーダ装置。 - 目標に対して送信電波を照射する送信手段と、
前記送信電波が前記目標で反射された反射電波を受信する、互いに異なる位置に配置された複数の受信用アンテナおよび受信機と、
前記複数の受信用アンテナおよび受信機で受信された前記受信電波に基づき、前記目標のレーダ動画像を再生するレーダ画像再生部と、
前記レーダ画像再生部で連続的に再生された複数のレーダ動画像を用いて目標の運動及び形状を推定する目標運動・形状推定手段とを備え、
前記目標運動・形状推定手段は、目標形状および角速度の推定に、位相差の2次微分成分の情報を用いる位相差2次微分利用型目標運動・形状推定手段でなり、
前記位相差2次微分利用型目標運動・形状推定手段は、
前記レーダ画像再生部において再生されたレーダ動画像の各フレームから、輝度の強い点の視線方向の位置とドップラー周波数および複素振幅の情報を抽出する反射点抽出手段と、
各フレームにおいて前記反射点抽出手段で抽出された点をフレーム間で対応付けるフレーム間反射点対応手段と、
異なる受信機で受信された信号に基づく動画像で観測された対応する点同士の前記複素振幅の位相差を算出する位相差算出手段と、
前記位相差算出手段において算出された位相差の変化率および2次微分成分を算出する位相差変化率・2次微分算出手段と、
前記反射点抽出手段で抽出された点のドップラー周波数および前記位相差変化率・2次微分算出手段において算出された位相差の変化率を利用して、対応する反射点の速度を算出する反射点速度算出手段と、
前記反射点抽出手段で抽出された点のドップラー周波数の変化率を算出するドップラー周波数変化率算出手段と、
前記ドップラー周波数変化率算出手段で算出されたドップラー周波数の変化率と、前記位相差変化率・2次微分算出手段において算出された位相差の2次微分成分を利用して反射点の加速度を推定する反射点加速度算出手段と、
前記反射点抽出手段で抽出された点の視線方向の位置および前記反射点速度算出手段において算出された反射点の速度および前記反射点加速度算出手段において算出された反射点の加速度を利用して、目標の角速度および反射点の三次元の座標を算出する加速度利用型目標形状・角速度算出手段と
を有することを特徴とする画像レーダ装置。 - 請求項15に記載の画像レーダ装置において、
前記加速度利用型目標形状・角速度算出手段は、
前記反射点速度算出手段において算出された反射点の速度の集合の共分散行列を固有値分解して、最小固有値に対応する固有ベクトルを算出し、同固有ベクトルの向きを目標回転運動の回転軸方向の推定値として出力する回転軸推定手段と、
前記回転軸推定手段によって算出された回転軸方向の推定値と、前記反射点抽出手段で抽出された点の視線方向の位置および前記反射点速度算出手段において算出された反射点の速度および前記反射点加速度算出手段において算出された反射点の加速度とを利用して、角速度の大きさをパラメ−タとしつつ線形最小二乗法によって反射点の三次元の座標の推定値を算出することを繰り返し、推定誤差を最小とする角速度の大きさと、反射点の三次元の座標の推定値を出力する加速度利用型角速度・反射点座標算出部と
を有することを特徴とする画像レーダ装置。 - 目標に対して送信電波を照射する送信手段と、
前記送信電波が前記目標で反射された反射電波を受信する、互いに異なる位置に配置された複数の受信用アンテナおよび受信機と、
前記複数の受信用アンテナおよび受信機で受信された前記受信電波に基づき、前記目標のレーダ動画像を再生するレーダ画像再生部と、
前記レーダ画像再生部で連続的に再生された複数のレーダ動画像を用いて目標の運動及び形状を推定する目標運動・形状推定手段とを備え、
前記目標運動・形状推定手段は、目標形状および角速度の推定に、角速度が時間の関数であることを想定する時変角速度考慮型目標運動・形状推定手段でなり、
前記時変角速度考慮型目標運動・形状推定手段は、
前記レーダ画像再生部において再生されたレーダ動画像の各フレームから、輝度の強い点の視線方向の位置とドップラー周波数および複素振幅の情報を抽出する反射点抽出手段と、
各フレームにおいて前記反射点抽出手段で抽出された点をフレーム間で対応付けるフレーム間反射点対応手段と、
異なる受信機で受信された信号に基づく動画像で観測された対応する点同士の前記複素振幅の位相差を算出する位相差算出手段と、
前記位相差算出手段において算出された位相差の変化率および2次微分成分を算出する位相差変化率・2次微分算出手段と、
前記反射点抽出手段で抽出された点のドップラー周波数および前記位相差変化率・2次微分算出手段において算出された位相差の変化率を利用して、対応する反射点の速度を算出する反射点速度算出手段と、
前記反射点抽出手段で抽出された点のドップラー周波数の変化率を算出するドップラー周波数変化率算出手段と、
前記ドップラー周波数変化率算出手段で算出されたドップラー周波数の変化率と、前記位相差変化率・2次微分算出手段において算出された位相差の2次微分成分を利用して反射点の加速度を推定する反射点加速度算出手段と、
前記反射点抽出手段で抽出された点の視線方向の位置および前記反射点速度算出手段において算出された反射点の速度および前記反射点加速度算出手段において算出された反射点の加速度を利用して、目標の角速度および反射点の三次元の座標を算出する時変角速度考慮型目標形状・角速度算出手段と
を有することを特徴とする画像レーダ装置。 - 請求項17に記載の画像レーダ装置において、
前記時変角速度考慮型目標形状・角速度算出手段は、
前記反射点速度算出手段において算出された反射点の速度の集合の共分散行列を固有値分解して、最小固有値に対応する固有ベクトルを算出し、同固有ベクトルの向きを目標回転運動の回転軸方向の推定値として出力することを複数回繰り返す複数回転軸推定手段と、
前記複数回転軸推定手段によって算出された複数の回転軸方向の推定値から、中心時刻における回転軸方向および回転軸変化率を推定する平均回転軸・回転軸変化率推定手段と、
前記反射点抽出手段で抽出された点の視線方向の位置および前記反射点速度算出手段において算出された反射点の速度および前記反射点加速度算出手段において算出された反射点の加速度と前記平均回転軸・回転軸変化率推定手段において算出された回転軸方向および回転軸変化率を利用して、角速度の大きさおよび角速度の大きさの変化率をパラメ−タとしつつ線形最小二乗法によって反射点の三次元の座標の推定値を算出することを繰り返し、このときの推定誤差を最小とする角速度の大きさと角速度の大きさの変化率と、そのときの反射点の三次元の座標の推定値を出力する時変角速度考慮型角速度・反射点座標算出部と
を有することを特徴とする画像レーダ装置。
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