JP5489813B2 - Radar image processing device - Google Patents
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Description
この発明は、合成開口レーダ(SAR:Synthetic Aperture Radar)により得られた受信信号に基づいて、合成開口レーダ画像を再生するレーダ画像処理装置に関する。 The present invention relates to a radar image processing device that reproduces a synthetic aperture radar image based on a received signal obtained by a synthetic aperture radar (SAR).
合成開口レーダは、昼夜を問わず、また雲や雨等の天候を問わず地表面を観測し、地表面の高分解能マップを生成することができるので、人工衛星や航空機等に搭載されたレーダを用いたリモートセンシングの分野で広く利用されている。具体的には、合成開口レーダは、広帯域(主にマイクロ波帯)の送信信号を、電磁波としてパルス状に繰り返し放射し、地表面からの散乱波を受信して、受信信号を適切に合成する信号処理を経ることにより、地表面の高分解能マップを生成する。 Synthetic Aperture Radar can observe the surface of the earth regardless of day and night, and weather such as clouds and rain, and can generate a high-resolution map of the ground surface. Widely used in the field of remote sensing using Specifically, a synthetic aperture radar repeatedly radiates a broadband (mainly microwave band) transmission signal in the form of pulses as electromagnetic waves, receives scattered waves from the ground surface, and synthesizes the received signal appropriately. A high-resolution map of the ground surface is generated through signal processing.
ここで、合成開口レーダの分解能(特に、距離方向の分解能)は、送信信号の周波数帯域幅に依存しており、周波数帯域幅が広いほど高分解能の観測が可能となる。そのため、高分解能な合成開口レーダでは、地表面の観測に広帯域の送信信号を使用する。なお、広帯域の送信信号を使用することは、時間領域について言えば、送信信号のパルス圧縮と同義である。 Here, the resolution (especially the resolution in the distance direction) of the synthetic aperture radar depends on the frequency bandwidth of the transmission signal, and the wider the frequency bandwidth, the higher the resolution can be observed. Therefore, a high-resolution synthetic aperture radar uses a broadband transmission signal for observation of the ground surface. Note that using a wideband transmission signal is synonymous with pulse compression of the transmission signal in the time domain.
一方、地表面には、各種通信施設やレーダ施設等が多数存在し、それぞれが電磁波を放射しているので、これらの電波源からの信号が、合成開口レーダの受信信号に重畳することは避けられない。このような他の電波源から放射されて受信信号に重畳した信号を、以下の説明では干渉信号と称する。また、受信信号から干渉信号を除いた所望の信号を、以下の説明では目標信号と称する。 On the other hand, there are many various communication facilities and radar facilities on the ground surface, and each emits electromagnetic waves. Therefore, avoid superimposing signals from these radio wave sources on the received signals of the synthetic aperture radar. I can't. Such a signal radiated from another radio wave source and superimposed on the received signal is referred to as an interference signal in the following description. Further, a desired signal obtained by removing the interference signal from the received signal is referred to as a target signal in the following description.
合成開口レーダにおける干渉信号を抑圧する方法として、フィルタを用いて干渉信号を抑圧するものが知られている(例えば、非特許文献1参照)。
すなわち、非特許文献1には、干渉信号の帯域幅がそれほど広くないことを前提として、特定の周波数の干渉信号を抑圧するノッチフィルタや、干渉信号の帯域幅に合わせた帯域阻止フィルタを用いて、干渉信号が重畳した周波数帯域の受信信号を目標信号とともに完全に抑圧することにより、干渉信号を抑圧することが示されている。
As a method of suppressing an interference signal in a synthetic aperture radar, a method of suppressing an interference signal using a filter is known (for example, see Non-Patent Document 1).
That is, Non-Patent Document 1 uses a notch filter that suppresses an interference signal of a specific frequency and a band rejection filter that matches the bandwidth of the interference signal on the assumption that the bandwidth of the interference signal is not so wide. It is shown that the interference signal is suppressed by completely suppressing the received signal in the frequency band on which the interference signal is superimposed together with the target signal.
非特許文献1に開示された干渉信号の抑圧方法では、干渉信号の帯域幅がそれほど広くないことを前提としているので、干渉信号が重畳した周波数帯域の受信信号を目標信号とともに抑圧したとしても、得られる合成開口レーダ画像が大きく劣化することはない。しかしながら、干渉信号の帯域幅が広い場合に、非特許文献1に開示された方法を適用し、干渉信号が重畳した周波数帯域の受信信号を目標信号とともに抑圧すると、広い帯域幅において目標信号が抑圧されることから、干渉信号抑圧後の合成開口レーダ画像が著しく劣化するという問題がある。 Since the interference signal suppression method disclosed in Non-Patent Document 1 is based on the premise that the bandwidth of the interference signal is not so wide, even if the reception signal in the frequency band on which the interference signal is superimposed is suppressed together with the target signal, The resultant synthetic aperture radar image does not deteriorate significantly. However, when the interference signal has a wide bandwidth and the method disclosed in Non-Patent Document 1 is applied and the received signal in the frequency band on which the interference signal is superimposed is suppressed together with the target signal, the target signal is suppressed in a wide bandwidth. Therefore, there is a problem that the synthetic aperture radar image after the interference signal suppression is significantly deteriorated.
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、干渉信号の帯域幅によらず、合成開口レーダの受信信号から干渉信号を抑圧することによって、合成開口レーダ画像の劣化を防止することができるレーダ画像処理装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and suppresses the synthetic aperture radar image by suppressing the interference signal from the received signal of the synthetic aperture radar regardless of the bandwidth of the interference signal. An object of the present invention is to obtain a radar image processing apparatus that can prevent the above-described problem.
この発明に係るレーダ画像処理装置は、移動可能なプラットフォームに搭載された合成開口レーダによって送受信された信号に基づいて、合成開口レーダ画像を再生するSAR画像再生手段と、合成開口レーダ画像に対して2次元FFT処理を適用し、第1の空間周波数領域の信号を算出する2次元FFT手段と、第1の空間周波数領域の信号を、外部からの干渉信号が重畳した干渉帯域の信号と干渉信号が重畳していない非干渉帯域の信号とに分離する干渉帯域・非干渉帯域分離手段と、非干渉帯域の信号に対して、2次元超解像法を適用して超解像画像を生成し、超解像画像に相当する第2の空間周波数領域の信号を算出する2次元超解像処理手段と、第2の空間周波数領域の信号を所定の関数に基づいて変換し、干渉信号を抑圧する干渉信号抑圧フィルタを生成する干渉信号抑圧フィルタ生成手段と、干渉信号抑圧フィルタを用いて、合成開口レーダ画像から、干渉信号が抑圧された画像に相当する第3の空間周波数領域の信号を算出する抑圧後信号算出手段と、第3の空間周波数領域の信号に対して2次元IFFT処理を適用し、干渉信号が抑圧された合成開口レーダ画像を生成する2次元IFFT処理手段と、を備えたものである。 A radar image processing apparatus according to the present invention includes a SAR image reproducing unit that reproduces a synthetic aperture radar image based on a signal transmitted and received by a synthetic aperture radar mounted on a movable platform, and a synthetic aperture radar image. A two-dimensional FFT means for applying a two-dimensional FFT process to calculate a first spatial frequency domain signal, and an interference band signal and an interference signal obtained by superimposing an external interference signal on the first spatial frequency domain signal. A non-interference band / non-interference band separation means that separates the signal into a non-interference band signal that is not superimposed, and a super-resolution image is generated by applying a two-dimensional super-resolution method to the non-interference band signal. Two-dimensional super-resolution processing means for calculating a second spatial frequency domain signal corresponding to the super-resolution image, and converting the second spatial frequency domain signal based on a predetermined function to suppress the interference signal Dry Suppression for calculating a signal in the third spatial frequency domain corresponding to the image in which the interference signal is suppressed from the synthetic aperture radar image, using the interference signal suppression filter generating means for generating the signal suppression filter and the interference signal suppression filter. A post-signal calculating means, and a two-dimensional IFFT processing means for generating a synthetic aperture radar image in which the interference signal is suppressed by applying the two-dimensional IFFT process to the signal in the third spatial frequency domain. is there.
この発明に係るレーダ画像処理装置によれば、2次元超解像処理手段は、合成開口レーダ画像に相当する第1の空間周波数領域の信号のうち、干渉信号が重畳していない非干渉帯域の信号に対して、2次元超解像法を適用して超解像画像を生成し、超解像画像に相当する第2の空間周波数領域の信号を算出し、干渉信号抑圧フィルタ生成手段は、第2の空間周波数領域の信号を所定の関数に基づいて変換し、干渉信号を抑圧する干渉信号抑圧フィルタを生成し、抑圧後信号算出手段は、干渉信号抑圧フィルタを用いて、合成開口レーダ画像から、干渉信号が抑圧された画像に相当する第3の空間周波数領域の信号を算出し、2次元IFFT処理手段は、第3の空間周波数領域の信号に対して2次元IFFT処理を適用し、干渉信号が抑圧された合成開口レーダ画像を生成する。
そのため、干渉信号の帯域幅によらず、合成開口レーダの受信信号から干渉信号を抑圧することによって、合成開口レーダ画像の劣化を防止することができる。
According to the radar image processing apparatus of the present invention, the two-dimensional super-resolution processing means has a non-interference band in which no interference signal is superimposed among signals in the first spatial frequency domain corresponding to the synthetic aperture radar image. Applying a two-dimensional super-resolution method to the signal to generate a super-resolution image, calculating a signal in the second spatial frequency domain corresponding to the super-resolution image, and the interference signal suppression filter generating means, The second spatial frequency domain signal is converted based on a predetermined function to generate an interference signal suppression filter that suppresses the interference signal. The post-suppression signal calculation means uses the interference signal suppression filter to generate a synthetic aperture radar image. A second spatial frequency domain signal corresponding to the image in which the interference signal is suppressed, the two-dimensional IFFT processing means applies the two-dimensional IFFT processing to the third spatial frequency domain signal, Interference signal is suppressed Generating a synthetic aperture radar image.
Therefore, deterioration of the synthetic aperture radar image can be prevented by suppressing the interference signal from the received signal of the synthetic aperture radar regardless of the bandwidth of the interference signal.
以下、この発明のレーダ画像処理装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明するが、各図において同一、または相当する部分については、同一符号を付して説明する。 Hereinafter, a preferred embodiment of a radar image processing apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts will be described with the same reference numerals.
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1に係るレーダ画像処理装置を示すブロック構成図である。図1において、このレーダ画像処理装置は、SAR画像再生手段1、2次元FFT手段2、干渉帯域・非干渉帯域分離手段3、2次元超解像処理手段4、干渉信号抑圧フィルタ生成手段5、干渉信号抑圧手段6(抑圧後信号算出手段)、干渉帯域・非干渉帯域合成手段7(抑圧後信号算出手段)、2次元IFFT手段8、偽像抑圧手段9、および表示手段10を備えている。また、偽像抑圧手段9は、偽像抑圧フィルタ生成手段91および偽像抑圧フィルタ乗算手段92を有している。
Embodiment 1 FIG.
1 is a block diagram showing a radar image processing apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 1, this radar image processing apparatus includes a SAR image reproducing means 1, a two-dimensional FFT means 2, an interference band / non-interference band separating means 3, a two-dimensional super-resolution processing means 4, an interference signal suppression filter generating means 5, Interference signal suppression means 6 (post-suppression signal calculation means), interference band / non-interference band synthesis means 7 (post-suppression signal calculation means), two-dimensional IFFT means 8, false image suppression means 9, and display means 10 are provided. . The false image suppression unit 9 includes a false image suppression
以下、上記構成のレーダ画像処理装置の各部位の機能について説明する。
SAR画像再生手段1は、移動可能なプラットフォーム(例えば、人工衛星や航空機等)に搭載された合成開口レーダ(図示せず)によって送受信された信号に基づいて、合成開口レーダ画像を再生する(例えば、地表面の高分解能マップを生成する)SAR画像再生処理を実行する。ここで、SAR画像再生処理については、例えば非特許文献2(大内和夫著、「リモートセンシングのための合成開口レーダの基礎」、第1版、東京電機大学、2004年1月20日)等に示されているので、詳細な説明を省略する。
Hereinafter, functions of each part of the radar image processing apparatus having the above-described configuration will be described.
The SAR image reproduction means 1 reproduces a synthetic aperture radar image based on signals transmitted and received by a synthetic aperture radar (not shown) mounted on a movable platform (for example, an artificial satellite or an aircraft) (for example, , Generate a high-resolution map of the ground surface) and execute the SAR image reproduction process. Here, for SAR image reproduction processing, for example, Non-Patent Document 2 (written by Kazuo Ouchi, “Basics of Synthetic Aperture Radar for Remote Sensing”, First Edition, Tokyo Denki University, January 20, 2004), etc. Therefore, detailed description thereof is omitted.
なお、合成開口レーダが受信した受信信号には、上述したように干渉信号が重畳しているので、SAR画像再生手段1で再生された合成開口レーダ画像は、干渉信号の影響を受けた画像となる。
2次元FFT手段2は、SAR画像再生手段1で再生された合成開口レーダ画像に対して2次元FFT(Fast Fourier Transform、高速フーリエ変換)処理を適用し、合成開口レーダ画像に相当する空間周波数領域の信号(第1の空間周波数領域の信号)を算出する。
Since the interference signal is superimposed on the received signal received by the synthetic aperture radar as described above, the synthetic aperture radar image reproduced by the SAR image reproducing means 1 is an image affected by the interference signal. Become.
The two-dimensional FFT unit 2 applies a two-dimensional FFT (Fast Fourier Transform) process to the synthetic aperture radar image reproduced by the SAR image reproduction unit 1 to obtain a spatial frequency region corresponding to the synthetic aperture radar image. (The first spatial frequency domain signal) is calculated.
次に、図2を参照しながら、干渉帯域・非干渉帯域分離手段3の機能について説明する。図2は、図1に示した干渉帯域・非干渉帯域分離手段3の処理を示す説明図である。
干渉帯域・非干渉帯域分離手段3は、2次元FFT手段2で算出された空間周波数領域の信号を、干渉信号が重畳した帯域(以下、「干渉帯域」と称する)の信号と、干渉信号が重畳していない帯域(以下、「非干渉帯域」と称する)の信号とに分離して出力する。
Next, the function of the interference band / non-interference band separation means 3 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is an explanatory diagram showing processing of the interference band / non-interference
The interference band / non-interference
具体的には、まず、干渉帯域・非干渉帯域分離手段3は、2次元FFT手段2で算出された空間周波数領域の信号全体の平均電力と、ローカルな帯域内における平均電力との比率を算出する。続いて、干渉帯域・非干渉帯域分離手段3は、算出された比率が、あらかじめ設定された任意の閾値よりも大きい場合に、そのローカルな帯域を干渉帯域と判定し、上記閾値以下の場合に、そのローカルな領域を非干渉帯域と判定する。上記閾値は、例えば、上記空間周波数領域の信号全体の平均電力のα倍(αは正の実数)に設定する。次に、干渉帯域・非干渉帯域分離手段3は、非干渉帯域の信号を2次元超解像処理手段4に出力し、非干渉帯域の信号および干渉帯域の信号を干渉信号抑圧手段6にそれぞれ出力する。
Specifically, first, the interference band / non-interference
ここで、干渉帯域および非干渉帯域は、図2に示されるように、レンジ空間周波数の方向で分離されることが一般的である。したがって、干渉帯域・非干渉帯域分離手段3は、この性質を利用し、2次元FFT手段2で算出された2次元の空間周波数領域の信号を、アジマス空間周波数方向に電力平均してレンジ空間周波数方向の1次元の平均電力信号を算出し、この1次元の平均電力信号に対して、干渉帯域または非干渉帯域の判定処理を実行してもよい。なお、干渉帯域と非干渉帯域とを干渉帯域・非干渉帯域分離手段3で分離することが困難な場合には、オペレータが干渉帯域と非干渉帯域とを分離してもよい。
Here, as shown in FIG. 2, the interference band and the non-interference band are generally separated in the direction of the range spatial frequency. Therefore, the interference band / non-interference band separation means 3 uses this property to average the power of the two-dimensional spatial frequency domain signal calculated by the two-dimensional FFT means 2 in the azimuth spatial frequency direction and the range spatial frequency. A one-dimensional average power signal in the direction may be calculated, and an interference band or non-interference band determination process may be performed on the one-dimensional average power signal. When it is difficult to separate the interference band and the non-interference band by the interference band / non-interference
次に、図3を参照しながら、2次元超解像処理手段4の機能について説明する。図3は、図1に示した2次元超解像処理手段4の処理を示す説明図である。
2次元超解像処理手段4は、干渉帯域・非干渉帯域分離手段3からの非干渉帯域の信号に対して、2次元超解像法を適用して超解像画像を生成し、この超解像画像に相当する空間周波数領域の信号(第2の空間周波数領域の信号)を、干渉信号抑圧フィルタ生成手段5および偽像抑圧フィルタ生成手段91に出力する。
Next, the function of the two-dimensional super-resolution processing means 4 will be described with reference to FIG. FIG. 3 is an explanatory diagram showing processing of the two-dimensional super-resolution processing means 4 shown in FIG.
The two-dimensional super-resolution processing unit 4 generates a super-resolution image by applying a two-dimensional super-resolution method to the signal in the non-interference band from the interference band / non-interference
2次元超解像法としては、Capon法、MUSIC(MUltiple SIgnal Classification)法、RRMVM(Reduced Rank Minimum Variance Method)法を含む多数の方法が提案されている。これらの2次元超解像法については、例えば非特許文献3(S.R.DeGraaf, “SAR Imaging Via Modern 2-D Spectral Estimation Methods”,IEEE Trans.Image Proc.,vol.7、no.5,May 1998,pp.729-761)等に示されている。 As the two-dimensional super-resolution method, a number of methods including the Capon method, MUSIC (Multiple Signal Classification) method, and RRMVM (Reduce Rank Minimum Variance Method) method have been proposed. Regarding these two-dimensional super-resolution methods, for example, Non-Patent Document 3 (SR DeGraaf, “SAR Imaging Via Modern 2-D Spectral Estimation Methods”, IEEE Trans. Image Proc., Vol. 7, no. 5, May 1998. pp.729-761).
なお、2次元超解像処理手段4で適用される2次元超解像法について、特に限定はないが、ここでは、2次元超解像処理手段4が2次元Capon法(ただし、非特許文献3には、2次元Capon法がMVM法として示されている)を適用した場合を例に挙げて説明する。以下に、2次元Capon法の一般的な処理について、動作主体を処理手段として説明する。 The two-dimensional super-resolution method applied by the two-dimensional super-resolution processing unit 4 is not particularly limited, but here, the two-dimensional super-resolution processing unit 4 is a two-dimensional Capon method (however, non-patent literature). In FIG. 3, the case where the two-dimensional Capon method is shown as the MVM method) will be described as an example. Hereinafter, general processing of the two-dimensional Capon method will be described using the operation subject as a processing means.
まず、処理手段は、空間周波数領域の信号に対してサブアパーチャを設定し、そのサブアパーチャ内の信号をラスタスキャンすることにより信号ベクトルを構成する。続いて、処理手段は、サブアパーチャを空間周波数領域内で1サンプルずつ移動させながら、信号ベクトルを順次構成し、構成された複数の信号ベクトルの共分散行列を算出する。次に、処理手段は、算出された共分散行列を固有値展開する。 First, the processing means sets a sub-aperture for a signal in the spatial frequency domain, and constructs a signal vector by raster scanning the signal in the sub-aperture. Subsequently, the processing means sequentially constructs signal vectors while moving the sub-aperture one sample at a time in the spatial frequency domain, and calculates a covariance matrix of the plurality of constructed signal vectors. Next, the processing means expands the calculated covariance matrix eigenvalues.
続いて、処理手段は、共分散行列の固有値展開によって得られた固有ベクトルを、上記ラスタスキャンの逆のプロセスによって2次元の信号に還元し、還元されたそれぞれの信号に対して2次元IFFT(Inverse Fast Fourier Transform、逆高速フーリエ変換)処理を適用する。次に、処理手段は、2次元IFFT処理によって算出された信号を、上記固有値展開によって得られた固有値の逆数で重み付けして電力平均を求めることにより、超解像画像を生成する。 Subsequently, the processing means reduces the eigenvector obtained by eigenvalue expansion of the covariance matrix to a two-dimensional signal by the reverse process of the raster scan, and performs a two-dimensional IFFT (Inverse) on each reduced signal. Fast Fourier Transform (Inverse Fast Fourier Transform) processing is applied. Next, the processing means generates a super-resolution image by weighting the signal calculated by the two-dimensional IFFT processing with the reciprocal of the eigenvalue obtained by the eigenvalue expansion to obtain a power average.
2次元超解像処理手段4が2次元Capon法を適用した場合も、2次元Capon法の処理は、上述した一般的な処理と基本的に同様の内容である。ただし、この発明の実施の形態1では、図3に示されるように、2次元超解像処理手段4が、サブアパーチャ11を設定する際に、非干渉帯域の信号のみを対象とする点に特徴がある。なお、非干渉帯域の信号全てを用いることが望ましいが、何らかの理由でそれが困難な場合には、非干渉帯域の信号の一部のみを用いてもよい。 Even when the two-dimensional super-resolution processing means 4 applies the two-dimensional Capon method, the processing of the two-dimensional Capon method is basically the same as the general processing described above. However, in the first embodiment of the present invention, as shown in FIG. 3, when the two-dimensional super-resolution processing means 4 sets the sub-aperture 11, only the signal in the non-interference band is targeted. There are features. Although it is desirable to use all signals in the non-interference band, if it is difficult for some reason, only a part of the signal in the non-interference band may be used.
干渉信号抑圧フィルタ生成手段5は、2次元超解像処理手段4からの空間周波数領域の信号を、あらかじめ設定された所定の関数(基本的には、単調増加関数)に基づいて変換し、干渉信号を抑圧する目標信号保存型の干渉信号抑圧フィルタを生成する。なお、あらかじめ設定された関数の代表的なものとしては、単調増加関数の他に、対数関数や指数関数等が挙げられるが、これらの関数に限定されるものではない。
The interference signal suppression
次に、図4を参照しながら、干渉信号抑圧手段6の機能について説明する。図4は、図1に示した干渉信号抑圧手段6の詳細な構成を周辺手段とともに示すブロック構成図である。図4において、干渉信号抑圧手段6は、干渉信号2次元IFFT手段61、乗算手段62および干渉信号2次元FFT手段63を有している。なお、干渉信号抑圧手段6は、干渉帯域・非干渉帯域分離手段3からの非干渉帯域の信号をそのまま干渉帯域・非干渉帯域合成手段7に出力する。
Next, the function of the interference signal suppression means 6 will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a block diagram showing a detailed configuration of the interference signal suppressing means 6 shown in FIG. 1 together with peripheral means. In FIG. 4, the interference signal suppression unit 6 includes an interference signal two-
干渉信号2次元IFFT手段61は、干渉帯域・非干渉帯域分離手段3からの干渉帯域の信号に対して、2次元IFFT処理を適用して干渉帯域の画像を生成する。なお、干渉帯域・非干渉帯域分離手段3からの干渉帯域の信号が複数の固まりに分割される場合、例えば図2に示されるように2つの固まりに分割される場合には、干渉信号2次元IFFT手段61は、それぞれの固まり毎に2次元IFFT処理を適用する。 The interference signal two-dimensional IFFT means 61 applies the two-dimensional IFFT process to the interference band signal from the interference band / non-interference band separation means 3 to generate an image of the interference band. When the interference band signal from the interference band / non-interference band separating means 3 is divided into a plurality of clusters, for example, when divided into two clusters as shown in FIG. The IFFT means 61 applies a two-dimensional IFFT process for each cluster.
乗算手段62は、干渉信号抑圧フィルタ生成手段5で生成された目標信号保存型の干渉信号抑圧フィルタを、干渉信号2次元IFFT手段61での2次元IFFT処理によって生成された干渉帯域の画像のそれぞれに乗算する。これにより、干渉信号抑圧後の干渉帯域の画像が生成される。 The multiplication means 62 applies the target signal storage type interference signal suppression filter generated by the interference signal suppression filter generation means 5 to each of the images in the interference band generated by the two-dimensional IFFT processing by the interference signal two-dimensional IFFT means 61. Multiply by. Thereby, the image of the interference band after interference signal suppression is generated.
ここで、乗算手段62での乗算演算は、信号のサンプル毎に実行される。そのため、干渉信号抑圧フィルタ生成手段5で生成された干渉信号抑圧フィルタと、干渉信号2次元IFFT手段61で生成された干渉帯域の画像とは、互いにサイズが等しいことが必要となる。以下、信号のサイズについて説明を加える。
Here, the multiplication operation in the multiplication means 62 is executed for each sample of the signal. For this reason, the interference signal suppression filter generated by the interference signal suppression
2次元超解像処理手段4で生成された超解像画像のサイズは、SAR画像再生手段1で再生された合成開口レーダ画像のサイズと一致することが望ましい。このようにすることで、2次元超解像処理手段4で生成された超解像画像に基づいて干渉信号抑圧フィルタ生成手段5で生成された干渉信号抑圧フィルタのサイズが、SAR画像再生手段1で再生された合成開口レーダ画像のサイズと等しくなる。そこで、干渉信号2次元IFFT手段61で生成された干渉帯域の画像のサイズが、SAR画像再生手段1で再生された合成開口レーダ画像のサイズと一致するように、2次元IFFT処理の前に、干渉帯域の信号にゼロ詰めしておくことが望ましい。
It is desirable that the size of the super-resolution image generated by the two-dimensional super-resolution processing unit 4 matches the size of the synthetic aperture radar image reproduced by the SAR image reproduction unit 1. Thus, the size of the interference signal suppression filter generated by the interference signal suppression
干渉信号2次元FFT手段63は、乗算手段62で生成された、干渉信号抑圧フィルタによって干渉信号が抑圧された干渉帯域の画像に対して、2次元FFT処理を適用し、この画像に相当する空間周波数領域の信号を算出し、干渉信号抑圧後の干渉帯域の信号として出力する。
The interference signal two-
干渉帯域・非干渉帯域合成手段7は、干渉帯域・非干渉帯域分離手段3からの非干渉帯域の信号と、干渉信号抑圧手段6からの干渉信号抑圧後の干渉帯域の信号とを合成する。
2次元IFFT手段8は、干渉帯域・非干渉帯域合成手段7で合成された空間周波数領域の信号(第3の空間周波数領域の信号)に対して、2次元IFFT処理を適用し、干渉信号が抑圧された合成開口レーダ画像を生成する。
The interference band / non-interference band combining unit 7 combines the signal in the non-interference band from the interference band / non-interference
The two-dimensional IFFT unit 8 applies a two-dimensional IFFT process to the spatial frequency domain signal (the third spatial frequency domain signal) synthesized by the interference band / non-interference band synthesis unit 7 so that the interference signal is A suppressed synthetic aperture radar image is generated.
ここで、以上の2次元FFT手段2から2次元IFFT手段8までの構成により、SAR画像再生手段1で再生された合成開口レーダ画像から、干渉信号を抑圧した合成開口レーダ画像を得ることができる。したがって、少なくとも上記の構成を有していれば、干渉信号の帯域幅によらず、合成開口レーダ画像の劣化を防止することができる。 Here, with the above-described configuration from the two-dimensional FFT means 2 to the two-dimensional IFFT means 8, a synthetic aperture radar image in which the interference signal is suppressed can be obtained from the synthetic aperture radar image reproduced by the SAR image reproduction means 1. . Therefore, if it has at least the above-described configuration, it is possible to prevent deterioration of the synthetic aperture radar image regardless of the bandwidth of the interference signal.
しかしながら、干渉帯域・非干渉帯域合成手段7で合成された空間周波数領域の信号は、干渉帯域と非干渉帯域とのつなぎ目部分において、信号の不連続性が生じている。そのため、2次元IFFT手段8によって、干渉帯域・非干渉帯域合成手段7で合成された空間周波数領域の信号に2次元IFFT処理を適用して生成された合成開口レーダ画像において、信号の不連続性に起因する偽像が発生する恐れがある。そこで、この偽像を抑圧することが望ましい。 However, the signal in the spatial frequency domain synthesized by the interference band / non-interference band synthesizing unit 7 has signal discontinuity at the joint between the interference band and the non-interference band. For this reason, in the synthetic aperture radar image generated by applying the two-dimensional IFFT processing to the spatial frequency domain signal synthesized by the interference band / non-interference band synthesizing unit 7 by the two-dimensional IFFT unit 8, There is a risk of generating a false image due to the above. Therefore, it is desirable to suppress this false image.
以下、偽像抑圧手段9を用いて偽像を抑圧する処理について説明する。
偽像抑圧手段9は、上述したように、偽像抑圧フィルタ生成手段91および偽像抑圧フィルタ乗算手段92を有している。
Hereinafter, a process of suppressing a false image using the false image suppression unit 9 will be described.
As described above, the false image suppression unit 9 includes the false image suppression
偽像抑圧フィルタ生成手段91は、2次元超解像処理手段4で生成された超解像画像に基づいて、偽像を抑圧するための偽像抑圧フィルタを生成する。具体的には、偽像抑圧フィルタ生成手段91は、干渉信号抑圧フィルタ生成手段5と同様に、2次元超解像処理手段4からの空間周波数領域の信号を、あらかじめ設定された関数(基本的には、単調増加関数)に基づいて変換し、偽像抑圧フィルタを生成する。なお、あらかじめ設定された関数の代表的なものとしては、単調増加関数の他に、対数関数や指数関数等が挙げられるが、これらの関数に限定されるものではない。
The false image suppression
偽像抑圧フィルタ乗算手段92は、偽像抑圧フィルタ生成手段91で生成された偽像抑圧フィルタを、2次元IFFT手段8での2次元IFFT処理によって生成された干渉信号が抑圧された合成開口レーダ画像に乗算する。この処理は、2次元IFFT手段8で生成された合成開口レーダ画像と、偽像抑圧フィルタとを画像毎に乗算する処理である。これにより、合成開口レーダ画像から、偽像が抑圧された画像が生成される。
The false image suppression
なお、表示手段10は、偽像抑圧フィルタ乗算手段92で生成された、合成開口レーダの受信信号から干渉信号が抑圧され、かつ偽像が抑圧された合成開口レーダ画像を表示する。
The
以上のように、実施の形態1によれば、2次元超解像処理手段は、合成開口レーダ画像に相当する第1の空間周波数領域の信号のうち、干渉信号が重畳していない非干渉帯域の信号に対して、2次元超解像法を適用して超解像画像を生成し、超解像画像に相当する第2の空間周波数領域の信号を算出し、干渉信号抑圧フィルタ生成手段は、第2の空間周波数領域の信号を所定の関数に基づいて変換し、干渉信号を抑圧する干渉信号抑圧フィルタを生成し、抑圧後信号算出手段は、干渉信号抑圧フィルタを用いて、合成開口レーダ画像から、干渉信号が抑圧された画像に相当する第3の空間周波数領域の信号を算出し、2次元IFFT処理手段は、第3の空間周波数領域の信号に対して2次元IFFT処理を適用し、干渉信号が抑圧された合成開口レーダ画像を生成する。
そのため、干渉信号の帯域幅によらず、合成開口レーダの受信信号から干渉信号を抑圧することによって、合成開口レーダ画像の劣化を防止することができる。
As described above, according to the first embodiment, the two-dimensional super-resolution processing means is a non-interference band in which no interference signal is superimposed among signals in the first spatial frequency domain corresponding to the synthetic aperture radar image. Applying a two-dimensional super-resolution method to the above signal, generating a super-resolution image, calculating a second spatial frequency domain signal corresponding to the super-resolution image, and generating an interference signal suppression filter The second spatial frequency domain signal is converted based on a predetermined function to generate an interference signal suppression filter that suppresses the interference signal, and the post-suppression signal calculation means uses the interference signal suppression filter to generate the synthetic aperture radar. A signal in the third spatial frequency domain corresponding to the image in which the interference signal is suppressed is calculated from the image, and the two-dimensional IFFT processing means applies the two-dimensional IFFT processing to the signal in the third spatial frequency domain. , Synthesis with suppressed interference signal To generate a mouth radar image.
Therefore, deterioration of the synthetic aperture radar image can be prevented by suppressing the interference signal from the received signal of the synthetic aperture radar regardless of the bandwidth of the interference signal.
また、偽像抑圧手段は、第2の空間周波数領域の信号を所定の関数に基づいて変換し、偽像を抑圧する偽像抑圧フィルタを生成する偽像抑圧フィルタ生成手段と、偽像抑圧フィルタを、干渉信号が抑圧された合成開口レーダ画像に乗算する偽像抑圧フィルタ乗算手段とを有している。
そのため、干渉信号が抑圧された合成開口レーダ画像において発生する偽像を抑圧することができる。
Further, the false image suppression means converts the second spatial frequency domain signal based on a predetermined function and generates a false image suppression filter that generates a false image suppression filter for suppressing the false image, and a false image suppression filter. And a false image suppression filter multiplication means for multiplying the synthetic aperture radar image in which the interference signal is suppressed.
Therefore, it is possible to suppress the false image generated in the synthetic aperture radar image in which the interference signal is suppressed.
実施の形態2.
図5は、この発明の実施の形態2に係るレーダ画像処理装置を示すブロック構成図である。図5において、このレーダ画像処理装置は、図1に示した干渉信号抑圧手段6および干渉帯域・非干渉帯域合成手段7に代えて、SAR原画像利用型干渉信号抑圧手段21(抑圧後信号算出手段)および非干渉帯域置換手段22(抑圧後信号算出手段)と備えている。
Embodiment 2. FIG.
5 is a block diagram showing a radar image processing apparatus according to Embodiment 2 of the present invention. In FIG. 5, this radar image processing apparatus replaces the interference signal suppressing means 6 and the interference band / non-interference band synthesizing means 7 shown in FIG. 1 with a SAR original image using type interference signal suppressing means 21 (suppressed signal calculation). Means) and non-interference band replacement means 22 (post-suppression signal calculation means).
なお、この発明の実施の形態2において、SAR画像再生手段1は、再生した合成開口レーダ画像を、2次元FFT手段2に出力するとともにSAR原画像利用型干渉信号抑圧手段21に出力する。また、干渉帯域・非干渉帯域分離手段3は、非干渉帯域の信号を2次元超解像処理手段4に出力し、非干渉帯域の信号および干渉帯域の信号を非干渉帯域置換手段22にそれぞれ出力する。
In the second embodiment of the present invention, the SAR image reproducing means 1 outputs the reproduced synthetic aperture radar image to the two-dimensional FFT means 2 and to the SAR original image utilizing type interference
SAR原画像利用型干渉信号抑圧手段21は、干渉信号抑圧フィルタ生成手段5で生成された目標信号保存型の干渉信号抑圧フィルタを、SAR画像再生手段1で再生された合成開口レーダ画像に乗算する。これにより、合成開口レーダ画像から、干渉信号が抑圧された画像(以下、「干渉信号抑圧後のSAR原画像」と称する)が生成される。 The SAR original image utilization type interference signal suppression means 21 multiplies the synthetic aperture radar image reproduced by the SAR image reproduction means 1 by the target signal storage type interference signal suppression filter generated by the interference signal suppression filter generation means 5. . Thereby, an image in which the interference signal is suppressed (hereinafter referred to as “SAR original image after interference signal suppression”) is generated from the synthetic aperture radar image.
まず、非干渉帯域置換手段22は、SAR原画像利用型干渉信号抑圧手段21で生成された、干渉信号抑圧フィルタによって干渉信号が抑圧された干渉信号抑圧後のSAR原画像に対して、2次元FFT処理を適用し、この画像に相当する空間周波数領域の信号(第4の空間周波数領域の信号)を算出する。続いて、非干渉帯域置換手段22は、算出された空間周波数領域の信号のうち、干渉帯域・非干渉帯域分離手段3によって非干渉帯域と判定された部分を、干渉帯域・非干渉帯域分離手段3からの非干渉帯域の信号で置換して、空間周波数領域の信号(第3の空間周波数領域の信号)を2次元IFFT手段8に出力する。
First, the non-interference
以上のように、実施の形態2によれば、抑圧後信号算出手段は、干渉信号抑圧フィルタを、合成開口レーダ画像に乗算し、干渉信号抑圧後のSAR原画像を生成するSAR原画像利用型干渉信号抑圧手段と、干渉信号抑圧後のSAR原画像に対して2次元FFT処理を適用し、干渉信号抑圧後のSAR原画像に相当する第4の空間周波数領域の信号を算出するとともに、第4の空間周波数領域の信号のうち、干渉帯域・非干渉帯域分離手段によって非干渉帯域と判定された部分を、非干渉帯域の信号で置換して、第3の空間周波数領域の信号を算出する非干渉帯域置換手段とを有している。
そのため、干渉信号抑圧フィルタを、合成開口レーダ画像に一括して適用することにより、処理の構成を簡略化することができる。
As described above, according to the second embodiment, the post-suppression signal calculation unit multiplies the synthetic aperture radar image by the interference signal suppression filter, and generates the SAR original image after the interference signal suppression. The interference signal suppressing means and a two-dimensional FFT process are applied to the SAR original image after the interference signal suppression to calculate a fourth spatial frequency domain signal corresponding to the SAR original image after the interference signal suppression; Of the four spatial frequency domain signals, the portion determined as the non-interference band by the interference band / non-interference band separation means is replaced with the non-interference band signal to calculate the third spatial frequency domain signal. And non-interference band replacement means.
Therefore, the processing configuration can be simplified by collectively applying the interference signal suppression filter to the synthetic aperture radar image.
1 SAR画像再生手段、2 2次元FFT手段、3 干渉帯域・非干渉帯域分離手段、4 2次元超解像処理手段、5 干渉信号抑圧フィルタ生成手段、6 干渉信号抑圧手段、7 干渉帯域・非干渉帯域合成手段、8 2次元IFFT手段、9 偽像抑圧手段、10 表示手段、21 SAR原画像利用型干渉信号抑圧手段、22 非干渉帯域置換手段、61 干渉信号2次元IFFT手段、62 乗算手段、63 干渉信号2次元FFT手段、91 偽像抑圧フィルタ生成手段、92 偽像抑圧フィルタ乗算手段。 1 SAR image reproduction means, 2 2-dimensional FFT means, 3 interference band / non-interference band separation means, 4 2-dimensional super-resolution processing means, 5 interference signal suppression filter generation means, 6 interference signal suppression means, 7 interference band non- Interference band synthesizing means, 8 Two-dimensional IFFT means, 9 False image suppression means, 10 Display means, 21 SAR original image using type interference signal suppression means, 22 Non-interference band replacement means, 61 Interference signal two-dimensional IFFT means, 62 Multiplication means 63 Interference signal two-dimensional FFT means, 91 false image suppression filter generation means, 92 false image suppression filter multiplication means.
Claims (13)
前記合成開口レーダ画像に対して2次元FFT処理を適用し、第1の空間周波数領域の信号を算出する2次元FFT手段と、
前記第1の空間周波数領域の信号を、外部からの干渉信号が重畳した干渉帯域の信号と前記干渉信号が重畳していない非干渉帯域の信号とに分離する干渉帯域・非干渉帯域分離手段と、
前記非干渉帯域の信号に対して、2次元超解像法を適用して超解像画像を生成し、前記超解像画像に相当する第2の空間周波数領域の信号を算出する2次元超解像処理手段と、
前記第2の空間周波数領域の信号を所定の関数に基づいて変換し、前記干渉信号を抑圧する干渉信号抑圧フィルタを生成する干渉信号抑圧フィルタ生成手段と、
前記干渉信号抑圧フィルタを用いて、前記合成開口レーダ画像から、前記干渉信号が抑圧された画像に相当する第3の空間周波数領域の信号を算出する抑圧後信号算出手段と、
前記第3の空間周波数領域の信号に対して2次元IFFT処理を適用し、前記干渉信号が抑圧された合成開口レーダ画像を生成する2次元IFFT処理手段と、
を備えたことを特徴とするレーダ画像処理装置。 SAR image reproducing means for reproducing a synthetic aperture radar image based on a signal transmitted and received by a synthetic aperture radar mounted on a movable platform;
Two-dimensional FFT means for applying a two-dimensional FFT process to the synthetic aperture radar image and calculating a first spatial frequency domain signal;
An interference band / non-interference band separating means for separating the signal in the first spatial frequency domain into an interference band signal on which an external interference signal is superimposed and a non-interference band signal on which the interference signal is not superimposed; ,
A super-resolution image is generated by applying a two-dimensional super-resolution method to the signal in the non-interference band, and a second spatial frequency domain signal corresponding to the super-resolution image is calculated. Resolution processing means;
An interference signal suppression filter generating means for converting the second spatial frequency domain signal based on a predetermined function and generating an interference signal suppression filter for suppressing the interference signal;
A post-suppression signal calculation means for calculating a signal in a third spatial frequency domain corresponding to an image in which the interference signal is suppressed from the synthetic aperture radar image using the interference signal suppression filter;
Two-dimensional IFFT processing means for applying a two-dimensional IFFT process to the signal in the third spatial frequency domain and generating a synthetic aperture radar image in which the interference signal is suppressed;
A radar image processing apparatus comprising:
前記干渉帯域の信号に対して前記干渉信号抑圧フィルタを適用し、干渉信号抑圧後の前記干渉帯域の信号を算出する干渉信号抑圧手段と、
前記非干渉帯域の信号と、前記干渉信号抑圧後の前記干渉帯域の信号とを合成し、前記第3の空間周波数領域の信号を算出する干渉帯域・非干渉帯域合成手段と、
を有することを特徴とする請求項1に記載のレーダ画像処理装置。 The post-suppression signal calculation means includes:
Interference signal suppression means for applying the interference signal suppression filter to the signal in the interference band and calculating the signal in the interference band after interference signal suppression;
An interference band / non-interference band synthesizing unit that synthesizes the signal in the non-interference band and the signal in the interference band after the interference signal suppression, and calculates a signal in the third spatial frequency domain;
The radar image processing apparatus according to claim 1, further comprising:
前記干渉帯域の信号に対して、2次元IFFT処理を適用して干渉帯域の画像を生成する干渉信号2次元IFFT手段と、
前記干渉信号抑圧フィルタを、前記干渉帯域の画像に乗算し、干渉信号抑圧後の前記干渉帯域の画像を生成する乗算手段と、
前記干渉信号抑圧後の前記干渉帯域の画像に対して2次元FFT処理を適用し、前記干渉信号抑圧後の前記干渉帯域の信号を算出する干渉信号2次元FFT手段と、
を含むことを特徴とする請求項2に記載のレーダ画像処理装置。 The interference signal suppression means includes
Interference signal two-dimensional IFFT means for generating an image of the interference band by applying two-dimensional IFFT processing to the signal in the interference band;
Multiplication means for multiplying the image of the interference band by the interference signal suppression filter and generating an image of the interference band after interference signal suppression;
An interference signal two-dimensional FFT means for applying a two-dimensional FFT process to the image of the interference band after the interference signal suppression and calculating the signal of the interference band after the interference signal suppression;
The radar image processing apparatus according to claim 2, comprising:
前記干渉信号抑圧フィルタを、前記合成開口レーダ画像に乗算し、干渉信号抑圧後のSAR原画像を生成するSAR原画像利用型干渉信号抑圧手段と、
前記干渉信号抑圧後のSAR原画像に対して2次元FFT処理を適用し、前記干渉信号抑圧後のSAR原画像に相当する第4の空間周波数領域の信号を算出するとともに、前記第4の空間周波数領域の信号のうち、前記干渉帯域・非干渉帯域分離手段によって前記非干渉帯域と判定された部分を、前記非干渉帯域の信号で置換して、前記第3の空間周波数領域の信号を算出する非干渉帯域置換手段と、
を有することを特徴とする請求項1に記載のレーダ画像処理装置。 The post-suppression signal calculation means includes:
SAR original image using type interference signal suppressing means for multiplying the synthetic aperture radar image by the interference signal suppression filter and generating an SAR original image after interference signal suppression;
A two-dimensional FFT process is applied to the SAR original image after the interference signal suppression to calculate a fourth spatial frequency domain signal corresponding to the SAR original image after the interference signal suppression, and the fourth space Of the signal in the frequency domain, the portion determined as the non-interference band by the interference band / non-interference band separation unit is replaced with the signal in the non-interference band, and the signal in the third spatial frequency domain is calculated. Non-interference band replacement means for
The radar image processing apparatus according to claim 1, further comprising:
前記第2の空間周波数領域の信号を所定の関数に基づいて変換し、前記偽像を抑圧する偽像抑圧フィルタを生成する偽像抑圧フィルタ生成手段と、
前記偽像抑圧フィルタを、前記干渉信号が抑圧された合成開口レーダ画像に乗算する偽像抑圧フィルタ乗算手段と、
を有することを特徴とする請求項5に記載のレーダ画像処理装置。 The false image suppression means includes
A false image suppression filter generating means for converting the signal of the second spatial frequency domain based on a predetermined function and generating a false image suppression filter for suppressing the false image;
A false image suppression filter multiplier for multiplying the synthetic aperture radar image in which the interference signal is suppressed by the false image suppression filter;
The radar image processing apparatus according to claim 5, further comprising:
ことを特徴とする請求項1から請求項6までの何れか1項に記載のレーダ画像処理装置。 The interference band / non-interference band separation unit calculates a ratio between an average power of the entire signal in the first spatial frequency domain and an average power in a local band, and the ratio is an arbitrary predetermined value. The local band is determined to be an interference band when larger than a threshold value, and the local band is determined to be a non-interference band when equal to or smaller than the threshold value. The radar image processing apparatus according to any one of the above.
ことを特徴とする請求項7に記載のレーダ画像処理装置。 The interference band / non-interference band separation means calculates a one-dimensional average power signal in the range spatial frequency direction by averaging the power of the two-dimensional first spatial frequency domain signal in the azimuth spatial frequency direction, The radar image processing apparatus according to claim 7, wherein the interference band or non-interference band determination process is applied to the one-dimensional average power signal.
ことを特徴とする請求項1から請求項8までの何れか1項に記載のレーダ画像処理装置。 The radar image processing device according to any one of claims 1 to 8, wherein the two-dimensional super-resolution processing unit applies a two-dimensional Capon method as the two-dimensional super-resolution method. .
ことを特徴とする請求項1から請求項8までの何れか1項に記載のレーダ画像処理装置。 The radar image processing device according to any one of claims 1 to 8, wherein the two-dimensional super-resolution processing unit applies a two-dimensional MUSIC method as the two-dimensional super-resolution method. .
ことを特徴とする請求項1から請求項8までの何れか1項に記載のレーダ画像処理装置。 The radar image processing device according to any one of claims 1 to 8, wherein the two-dimensional super-resolution processing unit applies a two-dimensional RRMVM method as the two-dimensional super-resolution method. .
ことを特徴とする請求項1から請求項11までの何れか1項に記載のレーダ画像処理装置。 The interference signal suppression filter generation unit converts the signal in the second spatial frequency domain with a monotonically increasing function to generate the interference signal suppression filter. 12. The radar image processing apparatus according to item 1.
ことを特徴とする請求項1から請求項11までの何れか1項に記載のレーダ画像処理装置。 The interference signal suppression filter generation unit generates the interference signal suppression filter by converting the signal in the second spatial frequency domain with a logarithmic function or an exponential function. The radar image processing apparatus according to any one of the above.
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