JP5679904B2 - Image radar device - Google Patents

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Description

この発明は、レーダで観測対象である目標の電波画像を取得する画像レーダ装置に関し、特に目標と画像レーダ装置の間の相対運動が未知である場合や相対運動の推定結果に誤差が含まれる場合において、距離の時間変化の影響で発生する画像のぼけを補償する技術や、画像の軸を物理的な長さの軸に換算する際のスケーリング係数を推定して、生成画像の軸を物理的な長さの軸にスケーリングする技術に関するものである。   The present invention relates to an image radar device that acquires a radio wave image of a target that is an observation target by a radar, and particularly when the relative motion between the target and the image radar device is unknown or the estimation result of the relative motion includes an error. In order to compensate the image blur caused by the time variation of the distance and estimate the scaling factor when converting the image axis to the physical length axis, the generated image axis is physically The present invention relates to a technique for scaling to a long axis.

従来の画像レーダ装置では、下記の(1)〜(3)の処理をレーダと目標間の相対位置を変えながら繰り返し実施する。
(1)送信機が高周波信号を発生し、その高周波信号を送受切換器を介して送受信アンテナに出力することにより、その送受信アンテナから高周波信号を空間に向けて放射させる高周波信号送信処理
(2)空間に存在している目標に反射された高周波信号の一部を受信する高周波信号受信処理
(3)受信信号のレンジ方向の分解能をレンジ圧縮して、その受信信号のレンジ方向の振幅特性であるレンジプロフィールを取得するレンジプロフィール取得処理
In the conventional image radar apparatus, the following processes (1) to (3) are repeatedly performed while changing the relative position between the radar and the target.
(1) A high-frequency signal transmission process in which a transmitter generates a high-frequency signal and outputs the high-frequency signal to a transmission / reception antenna via a transmission / reception switch, thereby radiating the high-frequency signal from the transmission / reception antenna toward a space (2) High-frequency signal reception processing for receiving a part of a high-frequency signal reflected by a target existing in space (3) The range-direction resolution of the received signal is range-compressed, and the amplitude characteristics of the received signal in the range direction Range profile acquisition processing to acquire a range profile

画像レーダ装置は、上記の一連の処理をレーダと目標間の相対位置を変えながら繰り返すことで、その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取得すると、そのレンジヒストリからレーダ画像を生成する。
ここで、レンジヒストリは、一般的に2次元分布として与えられ、その2次元分布の一軸は、レンジプロフィールと同じであり、高周波信号の照射を開始してからの経過時間[s](以下、「ファストタイム」と称する)、または、その経過時間に電波の速度の1/2を乗じたレンジ[m]で与えられる。
その2次元分布の他方の一軸は、相対位置関係を変えながら行う観測の時刻(以下、「スロータイム」または「観測時刻」と称する)、または、観測番号を表すヒットで与えられる。
When the image radar apparatus obtains a range history that is a time history of the range profile by repeating the above-described series of processes while changing the relative position between the radar and the target, the image radar device generates a radar image from the range history.
Here, the range history is generally given as a two-dimensional distribution, and one axis of the two-dimensional distribution is the same as the range profile, and an elapsed time [s] (hereinafter, referred to as “high frequency signal irradiation”). (Referred to as “fast time”) or a range [m] obtained by multiplying the elapsed time by 1/2 of the radio wave speed.
The other axis of the two-dimensional distribution is given by an observation time (hereinafter referred to as “slow time” or “observation time”) or a hit representing an observation number while changing the relative positional relationship.

レーダ画像を得る代表的なレーダとして、合成開口レーダ(Synthetic Aperture Radar:SAR)と、逆合成開口レーダ(Inverse SAR:ISAR)が挙げられる。
SARは、例えば、レーダが空間内を移動しながら地表面などの観測対象を観測することで得られたレンジプロフィールを適切に合成することで、あたかも大口径のアンテナを空間に配置したような効果を得るものであり、レンジに直交するクロスレンジ方向についても高分解能化させたレーダ画像を得ることができる。
ISARは、レーダが運動する目標を観測することで、SARと同様の効果を得て、クロスレンジ方向を高分解能化させたレーダ画像を得るものである。
例えば、目標に固定された座標系内でのレーダ位置の変化を考えれば、SARと同じ効果が得られることが容易に理解される。
As typical radars for obtaining radar images, there are a synthetic aperture radar (SAR) and an inverse synthetic aperture radar (Inverse SAR: ISAR).
For example, the SAR has the effect of arranging a large-diameter antenna in the space by appropriately combining the range profile obtained by observing the observation target such as the ground surface while the radar moves in the space. The radar image with high resolution can be obtained also in the cross range direction orthogonal to the range.
By observing a target on which the radar moves, the ISAR obtains the same effect as the SAR, and obtains a radar image with a high resolution in the cross range direction.
For example, it can be easily understood that the same effect as the SAR can be obtained if the change of the radar position in the coordinate system fixed to the target is considered.

相対運動が自らの運動で定められ、かつ、その運動をユーザが比較的高精度に計測できるSARと比べて、相対運動が観測対象の運動で定められ、かつ、その運動を比較的高精度に計測することが困難なISARの方が、相対運動が未知又は推定誤差が大きくなる状況が発生し易い。
しかし、SARにおいても、レーダプラットフォームに搭載する運動センサの精度が低い場合には、相対運動が大きくなる可能性がある。
このような観点から、以下では、特にSARとISARを区別せず、画像レーダと呼ぶことにする。
なお、SARとISARの中間、即ち、レーダと目標の両者が移動する場合(例えば、航空機から海上を航行中の船を観測する場合)も画像化が可能であり、この場合も画像レーダの範疇に含まれる。
Relative motion is determined by its own motion, and relative motion is determined by the motion of the observation target, and the motion is relatively highly accurate compared to SAR, which allows the user to measure the motion with relatively high accuracy. In the ISAR, which is difficult to measure, a situation in which the relative motion is unknown or the estimation error becomes large is likely to occur.
However, even in the SAR, when the accuracy of the motion sensor mounted on the radar platform is low, the relative motion may increase.
From this point of view, in the following, SAR and ISAR are not particularly distinguished and will be referred to as image radar.
Note that imaging can also be performed between the SAR and the ISAR, that is, when both the radar and the target move (for example, when observing a ship navigating the sea from an aircraft). include.

目標における高周波信号の反射点のレンジ位置を知るには、レンジプロフィール上で該当点のレンジを計測すればよいので、本来観測は1回で十分である。しかし、クロスレンジ位置を知るには、距離の変化情報が必要になるので、上記のように、複数回の観測を実施してレンジヒストリを取得する。
例えば、等速直線運動をするレーダから固定目標を観測するような場合を想定すると、レーダと反射点の軌道方向の位置が近くなるほど距離が近くなる。
したがって、距離の変化を観測することにより、例えば、レーダと軌道方向の位置が等しくなる時刻を、距離変化が0になる観測時刻(または、距離が最も小さくなる観測時刻)として得ることができる。
この観測時刻と相対運動情報であるレーダの速度及びレーダの初期位置から、その点の軌道方向の位置(クロスレンジ位置に相当する)を特定することができる。
In order to know the range position of the reflection point of the high-frequency signal at the target, it is only necessary to measure the range of the corresponding point on the range profile. However, in order to know the cross range position, distance change information is required, and thus, a range history is obtained by performing observations a plurality of times as described above.
For example, assuming a case in which a fixed target is observed from a radar that moves at a constant linear velocity, the distance decreases as the positions of the radar and the reflection point in the orbit direction become closer.
Therefore, by observing the change in distance, for example, the time when the position in the orbit direction becomes the same as that of the radar can be obtained as the observation time when the distance change becomes 0 (or the observation time when the distance becomes the smallest).
From this observation time and the radar speed, which is relative motion information, and the initial position of the radar, the position of the point in the orbit direction (corresponding to the cross range position) can be specified.

実際のレーダ画像化処理では、複数の反射点の信号が重畳する受信信号から、各反射点の距離変化を直接計測して、距離に直交する方向の位置を特定することは困難であり、実際は、何らかの信号処理に基づいて実施されることとなる。
画像レーダにおける画像化方法は、各種提案されており、それを説明するための相対運動のモデルも色々なものがある。
ここでは、説明の便宜上、相対運動によるレーダと目標上の反射点の距離の変化が、「レーダと目標中心の間の距離の変化」と、「目標中心を中心とする回転運動」との合成によって発生すると考えられるモデルを採用する。
In actual radar imaging processing, it is difficult to directly measure the distance change of each reflection point from the received signal where the signals of multiple reflection points are superimposed, and specify the position in the direction orthogonal to the distance. This is implemented based on some signal processing.
Various imaging methods in the image radar have been proposed, and there are various models of relative motion for explaining the imaging method.
Here, for convenience of explanation, the change in the distance between the radar and the reflection point on the target due to relative motion is a combination of “change in the distance between the radar and the target center” and “rotational motion around the target center”. Adopt the model that is considered to be generated by.

最初に、目標に固定された座標系を考えると、この座標系の中で、レーダは静止目標を観測しながら移動する。
このとき、目標中心とレーダの間の距離を一定とするような補償を行った上で、レーダと目標中心の位置を固定するような座標系を考える。
この座標系においては、レーダと目標中心が静止し、目標のみが目標中心を中心にして回転するため、レーダと目標上の各反射点の間の距離変化は、レーダと目標中心の間の距離の変化と、目標中心を中心とする回転運動とによって発生したとみなせる。
なお、レーダと目標中心の間の距離の変化を引き起こす運動は、回転運動(rotational motion)に対する並進運動(translational motion)と呼ばれることがあり、以下でも、この用語を用いる。
First, considering a coordinate system fixed to a target, the radar moves while observing a stationary target in this coordinate system.
At this time, a compensation system is considered in which the distance between the target center and the radar is made constant, and a coordinate system that fixes the positions of the radar and the target center is considered.
In this coordinate system, the radar and the target center are stationary, and only the target rotates around the target center. Therefore, the distance change between the radar and each reflection point on the target is the distance between the radar and the target center. It can be considered that it was generated by the change in the angle and the rotational movement around the target center.
Note that the motion that causes a change in the distance between the radar and the target center may be referred to as a translational motion relative to a rotational motion, and this term will be used hereinafter.

目標とレーダ間の距離が目標の大きさと比べて十分大きい場合、並進運動の影響は各反射点に等しく寄与するとみなせる。よって、この成分は、各反射点の距離方向に直交する方向の位置特定に役に立たないばかりか、レーダ画像をレンジ方向にぼけさせてしまう。また、その成分によっては、クロスレンジ方向にもぼけさせてしまう。
したがって、この成分については、正しく推定して補償してやる必要がある。この補償処理を並進運動補償と称する。
If the distance between the target and the radar is sufficiently large compared to the size of the target, it can be considered that the influence of translational movement contributes equally to each reflection point. Therefore, this component is not only useful for specifying the position of each reflection point in the direction orthogonal to the distance direction, but also blurs the radar image in the range direction. In addition, depending on the component, the cross range direction may be blurred.
Therefore, it is necessary to correctly estimate and compensate for this component. This compensation process is referred to as translational motion compensation.

並進運動の補償は、レンジ軸方向のぼけの要因となる。
レンジ分解能を超えた各反射点のレンジ移動を推定して、そのレンジ移動を補償するレンジ補償と、ドップラー軸方向のぼけの要因となる「位相の時間に対する2次以上の変化」を推定して、その2次以上の変化を補償する位相補償に大別される。
Translational compensation causes blurring in the range axis direction.
Estimate the range movement of each reflection point exceeding the range resolution, and estimate the range compensation to compensate for the range movement and the “secondary or more changes with respect to time of phase” that cause blur in the Doppler axis direction , It is roughly divided into phase compensation for compensating for the second-order and higher-order changes.

次に、並進運動の影響が完全に補償された場合を考える。
直交座標系の原点に回転中心があり、z軸周りに角速度ω[rad/s]で回転する目標を−x方向の十分遠方から観測する場合を想定する。
この場合、ある想定した瞬時時刻における位置が[rPcosθP,rPsinθP,z]で与えられる点Pの回転中心を基準とする距離LP[m]は、下記の式(1)で与えられる。

Figure 0005679904
また、距離変化に相当する+x方向のラジアル速度VP[m/s]は、下記の式(2)で与えられる。
Figure 0005679904
Next, consider the case where the effect of translational motion is fully compensated.
Assume that the rotation center is at the origin of the Cartesian coordinate system and the target rotating at the angular velocity ω [rad / s] around the z-axis is observed from a sufficiently far position in the −x direction.
In this case, the distance L P [m] based on the center of rotation of the point P given by [r P cos θ P , r P sin θ P , z] at a certain assumed instantaneous time is expressed by the following equation (1). Given in.
Figure 0005679904
Further, the radial velocity V P [m / s] in the + x direction corresponding to the distance change is given by the following equation (2).
Figure 0005679904

点Pのx座標をxP、y座標をyPとすると、これらはrPcosθP,rPsinθPと表される。
したがって、各反射点の距離-ラジアル速度の2次元分布はy軸方向の−ω倍の伸縮を除けば、xy平面に投影した目標の反射点位置を表すこととなる。
このため、並進運動補償後に残存する相対運動である回転運動の角速度ωが分かれば、距離-ラジアル速度の2次元分布をy軸方向に−1/ω倍伸縮させることで、目標の反射点のxy平面に投影した位置を特定することができる。
If the x coordinate of the point P is x P and the y coordinate is y P , these are expressed as r P cos θ P and r P sin θ P.
Therefore, the two-dimensional distribution of the distance-radial speed of each reflection point represents the target reflection point position projected on the xy plane, excluding expansion and contraction of −ω times in the y-axis direction.
For this reason, if the angular velocity ω of the rotational motion that is the relative motion remaining after the translational motion compensation is known, the two-dimensional distribution of the distance-radial velocity is expanded / contracted by −1 / ω times in the y-axis direction, thereby The position projected on the xy plane can be specified.

一般のレーダでは、ラジアル速度を得るために、ドップラー周波数を用いる。これは、並進運動補償後のレンジヒストリをレンジセル毎にヒット方向にフーリエ変換することで得られる。
レンジドップラー周波数画像上の点Pのドップラー周波数をFP[Hz]とすると、FPは、送信波長をλ[m]として、下記の式(3)のように表される。

Figure 0005679904
In general radar, a Doppler frequency is used to obtain a radial velocity. This is obtained by Fourier transforming the range history after translational motion compensation in the hit direction for each range cell.
Assuming that the Doppler frequency of the point P on the range Doppler frequency image is F P [Hz], F P is expressed by the following equation (3), where the transmission wavelength is λ [m].
Figure 0005679904

即ち、レンジドップラー画像もy軸方向の伸縮を除けば、xy平面に投影した目標の反射点の位置を表すことになる。
そして、y軸方向の伸縮が正しい画像を得るためには、既知であるλを除けば、前述の角速度ωが必要になる。そして、この値は相対運動が未知な状況では一般に未知である。
なお、回転軸が上記のz軸のようにレンジ軸に直交しない一般的な場合には、回転運動をレンジ軸周りの回転と、レンジに直交する軸周りの回転とに分離した場合の後者の成分の角速度が必要となる。レンジ軸周りの回転は距離変化に寄与しないため、レーダ画像にも影響を及ぼさない。
That is, the range Doppler image also represents the position of the target reflection point projected on the xy plane, excluding expansion and contraction in the y-axis direction.
In order to obtain an image in which the expansion and contraction in the y-axis direction is correct, the above-described angular velocity ω is required except for the known λ. And this value is generally unknown in situations where the relative motion is unknown.
In the general case where the rotation axis is not orthogonal to the range axis as in the above z-axis, the latter when the rotational motion is separated into rotation around the range axis and rotation around the axis orthogonal to the range. The angular velocity of the component is required. Since the rotation around the range axis does not contribute to the distance change, the radar image is not affected.

クロスレンジ軸方向の単位ベクトルic太字は、レンジ軸方向の単位ベクトルをir太字、回転角速度ベクトルをω太字とすると、下記の式(4)のベクトル演算で定められる。ic,ir,ωはベクトルを表すものであるため、式(4)では、ic,ir,ωを太字で表しているが、電子出願の関係上、明細書の文書中では、太字を使用することができないため、「ic太字」、「ir太字」、「ω太字」のように表記している。

Figure 0005679904
The unit vector ic bold in the cross range axis direction is determined by the vector calculation of the following equation (4), where the unit vector in the range axis direction is ir bold and the rotational angular velocity vector is ω bold. Since i c , i r , and ω represent vectors, i c , i r , and ω are represented in bold in Equation (4). Since bold characters cannot be used, they are represented as “ ic bold”, “ ir bold”, and “ω bold”.
Figure 0005679904

レンジドップラー画像のドップラー周波数軸を物理的な長さの軸であるクロスレンジ軸にスケーリングする問題はクロスレンジスケーリング問題と呼ばれる。
なお、上記観測時刻方向のフーリエ変換のように、信号処理によってクロスレンジ方向の分解能を向上させる処理を、以下では、クロスレンジ圧縮と称する。
The problem of scaling the Doppler frequency axis of a range Doppler image to the cross range axis, which is the physical length axis, is called the cross range scaling problem.
In the following, processing for improving the resolution in the cross range direction by signal processing, such as Fourier transform in the observation time direction, is referred to as cross range compression.

画像のドップラー周波数分解能は、観測時間をT[s]とすると、1/T[Hz]で与えられるので、これをクロスレンジに換算したクロスレンジ分解能Δc[m]は、下記の式(5)のようになる。

Figure 0005679904
式(5)において、Δθ[rad]は観測中の総回転角である。 Since the Doppler frequency resolution of the image is given by 1 / T [Hz] when the observation time is T [s], the cross range resolution Δc [m] converted to the cross range is expressed by the following equation (5). become that way.
Figure 0005679904
In equation (5), Δθ [rad] is the total rotation angle under observation.

原理的には、観測中の目標の総回転角Δθが大きければ大きいほど、クロスレンジ分解能が向上する。
しかし、距離LPやラジアル速度VPを示す式(1),(2)から容易に理解されるように、各反射点は回転角の変化とともに、そのレンジとラジアル速度(言い換えると、ドップラー周波数)が変化するので、総回転角Δθが大きくなる程、各反射点は、画像上でレンジとドップラー周波数の分解能セルを越えて移動してしまう。
即ち、上記のような単純なフーリエ変換処理では、総回転角Δθが大きい場合に、却って分解能が劣化してしまうことがある。
In principle, the greater the total rotation angle Δθ of the target under observation, the better the cross range resolution.
However, as easily understood from the equations (1) and (2) showing the distance L P and the radial velocity V P , each reflection point has its range and radial velocity (in other words, the Doppler frequency as the rotation angle changes). As the total rotation angle Δθ increases, each reflection point moves beyond the resolution cell of the range and the Doppler frequency on the image.
That is, in the simple Fourier transform process as described above, when the total rotation angle Δθ is large, the resolution may be deteriorated.

この問題を解決する画像再生方法の一つとして、以下の非特許文献1に記載されているポーラーフォーマット法(以下、「従来方法1」と称する)がある。
従来方法1では、並進運動補償後の各ヒットにおけるレンジプロフィールについて、さらに、回転中心のレンジを完全にゼロとするような補償を行った後に、そのレンジプロフィールをフーリエ変換して得られる周波数分布(レンジプロフィールの軸をレンジ[m]とみなした場合は空間周波数分布)を、周波数平面上で、その送信帯域と各観測における目標の回転角に応じた位置に曲座標配置している。
As one of image reproduction methods for solving this problem, there is a polar format method (hereinafter referred to as “conventional method 1”) described in Non-Patent Document 1 below.
In the conventional method 1, the range profile in each hit after translational motion compensation is further compensated so that the range of the center of rotation is completely zero, and then the frequency distribution (Fourth transform obtained by Fourier transforming the range profile) When the axis of the range profile is regarded as the range [m], the spatial frequency distribution is arranged on the frequency plane at the position corresponding to the transmission band and the target rotation angle in each observation.

そして、そのデータを矩形グリッド上でリサンプリングして、逆2次元フーリエ変換することで、回転に基づく前述のぼけが解消されて、クロスレンジ方向も正しく物理的長さにスケーリングされた画像を得ることができる(元が周波数分布の場合は、得られる画像の2軸は時間になるが、これについては、既知の係数(光速/2)を乗ずることで、容易に物理的長さに変換可能である)。
しかし、従来方法1では、 以下の問題がある。
(i)周波数平面での曲座標配置を実現するために、各観測における回転角の変化量(回転角速度ωが一定の場合は、そのω)を知る必要があるが、相対運動の情報を有さない場合や、相対運動の推定誤差が大きい場合には、実現が困難である問題がある。
(ii)通常必要なレベルの並進運動補償に加えて、レーダと目標中心の間の距離を0に保つような補償が必要となるが、相対運動の情報を有さない場合や、相対運動の推定誤差が大きい場合には、実現が困難である問題がある。
Then, by re-sampling the data on a rectangular grid and performing inverse two-dimensional Fourier transform, the above-mentioned blur due to rotation is eliminated, and an image in which the cross range direction is also correctly scaled to a physical length is obtained. (If the original is a frequency distribution, the two axes of the resulting image will be time, but this can be easily converted to physical length by multiplying by a known factor (light speed / 2)) Is).
However, the conventional method 1 has the following problems.
(I) It is necessary to know the amount of change in the rotation angle in each observation (if the rotation angular velocity ω is constant) in order to realize the arrangement of the coordinate coordinates in the frequency plane. If not, or if the relative motion estimation error is large, there is a problem that it is difficult to realize.
(Ii) In addition to the necessary level of translational motion compensation, compensation that keeps the distance between the radar and the target center at 0 is necessary. However, when there is no information on relative motion, When the estimation error is large, there is a problem that it is difficult to realize.

また、別の画像再生方法として、以下の非特許文献2に記載されている方法(以下、「従来方法2」と称する)が挙げられる。
この方法では、通常の並進運動補償に加えて、何らかの方法で、レーダと目標中心の間の距離変化を完全に0にするような補償が既になされているものと仮定する。
その上で、目標の等価的な回転加速度ベクトルが観測中一定であるとの仮定の下に、回転運動によって発生するぼけを、レンジ軸方向、ドップラー軸方向の順に2段階で補償している。
Another image reproduction method includes a method described in the following Non-Patent Document 2 (hereinafter referred to as “conventional method 2”).
In this method, in addition to normal translational motion compensation, it is assumed that compensation has already been made in some way so that the change in distance between the radar and the target center is completely zero.
Then, under the assumption that the target equivalent rotational acceleration vector is constant during observation, the blur generated by the rotational motion is compensated in two stages in the order of the range axis direction and the Doppler axis direction.

第1段階では、等回転目標上の各反射点の観測中のレンジ変化が、レンジ分解能のオーダでは、以下の性質を有することを利用している。
(a)ヒットに対する1次変化と近似的にみなせる
(b)その1次変化の係数は、回転角速度の大きさによらず、回転中心のドップラー周波数が0の場合の各反射点のドップラーセルの位置と既知係数のみから近似的に定まる
従来方法2では、ぼけた画像をドップラーセル毎に、そのセル位置で定まる係数の1次変化分を補償している。これにより、画像のレンジ軸方向のぼけが近似的に解消される。
In the first stage, it is used that the range change during observation of each reflection point on the equal rotation target has the following properties in the order of the range resolution.
(A) The coefficient of the primary change that can be approximately regarded as the primary change with respect to the hit is the coefficient of the primary change of the Doppler cell at each reflection point when the Doppler frequency at the center of rotation is 0, regardless of the magnitude of the rotational angular velocity. Approximately determined from only the position and the known coefficient In the conventional method 2, the first order change of the coefficient determined by the cell position is compensated for each blurred Doppler cell. Thereby, the blur in the range axis direction of the image is approximately eliminated.

第2段階では、画像のドップラー軸方向のぼけの原因となる「各反射点の距離変化によって発生する受信信号の位相変化」が、以下の性質を有することを利用している。
(a)近似的にヒットに対する2次の変化とみなせる
(b)その2次変化の係数の大きさは、回転中心が0レンジである場合の各レンジ位置に近似的に比例する。
In the second stage, the fact that “the phase change of the received signal caused by the change in the distance of each reflection point”, which causes the blur in the Doppler axis direction of the image, has the following property is used.
(A) The magnitude of the coefficient of the secondary change that can be regarded as a secondary change with respect to the hit is approximately proportional to each range position when the center of rotation is the 0 range.

従来方法2では、並進運動補償の際に2次の距離変化によって発生する2次の位相変化を推定する一般的な方法の一つであるPD(Phase Difference)法を各レンジセルのデータに適用して、その位相の2次変化係数をレンジセル毎に推定する。
次に、これらの推定結果から、係数の大きさがレンジ位置に比例することを踏まえて、外れ値を排除して平滑しながら、各レンジにおける位相の2次係数を推定する。
そして、各レンジにおける位相の2次係数に基づいて、その不要な位相変化を打ち消すような補償を行った後に再度画像化する。
In the conventional method 2, the PD (Phase Difference) method, which is one of the general methods for estimating the secondary phase change caused by the secondary distance change in translational motion compensation, is applied to the data of each range cell. Then, the secondary change coefficient of the phase is estimated for each range cell.
Next, from these estimation results, taking into account that the magnitude of the coefficient is proportional to the range position, the phase secondary coefficient in each range is estimated while smoothing out outliers.
Then, based on the quadratic coefficient of the phase in each range, compensation is performed to cancel the unnecessary phase change, and then imaging is performed again.

以上の処理により、従来方法2では、回転角速度を推定する必要なしに、回転の運動の影響で発生する画像のぼけを近似的に補償することができる。
しかし、従来方法2では、以下の問題がある。
(i)クロスレンジスケーリングを実現できないので、各反射点のレンジ方向の物理的な位置を得ることができない問題がある
(ii)回転の補償に際して近似的な処理を行なっているので、これに基づく誤差が発生する問題がある
(iii)通常の並進運動補償では、補償の対象としないレンジの1次変化を完全に0とする補償まで含めた並進運動補償がなされたものと仮定するが、その実現方法が明確ではないので、実現が困難である問題がある
With the above processing, in the conventional method 2, it is possible to approximately compensate for the blurring of the image caused by the influence of the rotational motion without the need to estimate the rotational angular velocity.
However, the conventional method 2 has the following problems.
(I) Since cross range scaling cannot be realized, there is a problem that the physical position of each reflection point in the range direction cannot be obtained. (Ii) Approximate processing is performed for rotation compensation. There is a problem that an error occurs. (Iii) In normal translational motion compensation, it is assumed that translational motion compensation including compensation that completely eliminates the first-order change in the range not covered by compensation has been made. Since the implementation method is not clear, there is a problem that is difficult to implement

Jakowatz Jr.,C.V.,Wahl,D.E.,Eichel,P.H.,Ghiglia,D.C.,and Thompson,P.A.“Spotlight-mode synthetic aperture radar: a signal processing approach,”Kluwer Achademic Publishers,1999. の2〜3章Jakowatz Jr., C.V., Wahl, D.E., Eichel, P.H., Ghiglia, D.C., and Thompson, P.A. “Spotlight-mode synthetic aperture radar: a signal processing approach,” Kluwer Achademic Publishers, 1999. Munoz-Ferreras J.M., and Perez-Martfnez F.,“Uniform rotational motion compensation for inverse synthetic aperture radar with non-cooperative targets,”IET Radar Sonar Navig.,Vol.2,No.1,pp.25−34,Feb. 2008.Munoz-Ferreras JM, and Perez-Martfnez F., “Uniform rotational motion compensation for inverse synthetic aperture radar with non-cooperative targets,” IET Radar Sonar Navig., Vol. 2, No. 1, pp. 25-34, Feb. . 2008.

従来の画像レーダ装置は以上のように構成されているので、目標とレーダの間の相対運動が未知である場合や、その相対運動の推定誤差が大きい場合には、回転運動によって発生する画像のぼけを精度よく補償することができない。また、クロスレンジスケーリングを実現できないので、各反射点のレンジ方向の物理的な位置を得ることができないなどの課題があった。   Since the conventional image radar apparatus is configured as described above, if the relative motion between the target and the radar is unknown or the estimation error of the relative motion is large, the image generated by the rotational motion The blur cannot be compensated with high accuracy. In addition, since cross range scaling cannot be realized, there is a problem that the physical position of each reflection point in the range direction cannot be obtained.

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、目標とレーダの間の相対運動が未知である場合や、その相対運動の推定誤差が大きい場合でも、回転運動によって発生する画像のぼけを精度よく補償することができるとともに、クロスレンジスケーリングを実施して、各反射点のレンジ方向の物理的な位置を得ることができる画像レーダ装置を得ることを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems. Even when the relative motion between the target and the radar is unknown or the estimation error of the relative motion is large, an image generated by the rotational motion is provided. An object of the present invention is to obtain an image radar apparatus that can accurately compensate for blur and can perform cross-range scaling to obtain the physical position of each reflection point in the range direction.

この発明に係る画像レーダ装置は、高周波信号を空間に向けて放射する一方、空間に存在している目標に反射された高周波信号の一部を受信し、その受信信号のレンジ方向の分解能をレンジ圧縮して、その受信信号のレンジ方向の振幅特性であるレンジプロフィールを取得する一連の処理をレーダと目標間の相対位置を変えながら繰り返すことで、その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取得するレンジヒストリ取得回路と、レンジヒストリ取得回路により取得されたレンジヒストリで、不要な並進運動によって発生するレーダと目標間の不要な距離変化を補償する並進運動補償回路と、並進運動補償回路により距離変化が補償されたレンジヒストリで、目標における高周波信号の各反射点で、回転運動によって発生するレンジ方向のぼけを補償する回転レンジセル移動補償回路と、回転レンジセル移動補償回路によりレンジ方向のぼけが補償されたレンジヒストリの中で、各レンジのヒット方向のデータ列の位相項を特定し、その位相項に含まれている2次の位相変化の係数である2次位相係数の候補となる複数の候補値の確からしさをレンジセル毎に評価し、各候補値の評価結果のレンジ方向の分布を出力する2次位相係数候補評価回路と、2次位相係数候補評価回路から出力されたレンジ方向の分布である2次位相係数評価値分布に基づいて、2次位相係数のレンジに対する変化係数である2次位相係数レンジ変化係数を推定する2次位相係数変化量推定回路と、2次位相係数変化量推定回路により推定された2次位相係数レンジ変化係数に基づいて、目標の等価的な回転運動の角速度を推定する回転角速度換算回路と、2次位相係数変化量推定回路により推定された2次位相係数レンジ変化係数と2次位相係数評価値分布から2次位相係数が0になっているレンジを推定するゼロ交差レンジ推定回路と、ゼロ交差レンジ推定回路により推定されたレンジが0になるように、並進運動補償回路により距離変化が補償されたレンジヒストリを補償する0次レンジ補償回路とを設け、レーダ画像生成回路が、回転角速度換算回路により推定された角速度に基づいて、0次レンジ補償回路による補償後のレンジヒストリからレーダ画像を生成するようにしたものである。   The image radar apparatus according to the present invention radiates a high-frequency signal toward a space, receives a part of the high-frequency signal reflected by a target existing in the space, and sets the resolution in the range direction of the received signal as a range. The range history, which is the time history of the range profile, is obtained by repeating a series of processing to obtain a range profile that is the amplitude characteristics of the received signal in the range direction while changing the relative position between the radar and the target. Range history acquisition circuit, range history acquired by range history acquisition circuit, translation motion compensation circuit that compensates for unnecessary distance change between radar and target caused by unnecessary translation motion, and distance by translation motion compensation circuit Range history compensated for changes, generated by rotational motion at each reflection point of the high-frequency signal at the target The phase term of the data string in the hit direction of each range is identified in the range history in which the range direction blur is compensated by the rotation range cell movement compensation circuit and the rotation range cell movement compensation circuit. The probability of a plurality of candidate values that are candidates for the secondary phase coefficient that is the coefficient of the secondary phase change included in the phase term is evaluated for each range cell, and the distribution in the range direction of the evaluation result of each candidate value is calculated. This is a change coefficient with respect to the range of the secondary phase coefficient based on the output secondary phase coefficient candidate evaluation circuit and the secondary phase coefficient evaluation value distribution which is the distribution in the range direction output from the secondary phase coefficient candidate evaluation circuit. Based on the secondary phase coefficient change amount estimation circuit for estimating the secondary phase coefficient range change coefficient and the secondary phase coefficient range change coefficient estimated by the secondary phase coefficient change amount estimation circuit, The second-order phase coefficient is calculated from the second-order phase coefficient range change coefficient estimated by the second-order phase coefficient change amount estimation circuit and the second-order phase coefficient change value estimation circuit, and the second-order phase coefficient change value estimation circuit. A zero-crossing range estimation circuit that estimates a range that is 0 and a range history that is compensated for a distance change by a translational motion compensation circuit so that the range estimated by the zero-crossing range estimation circuit is 0 And a radar image generation circuit that generates a radar image from the range history after compensation by the zero-order range compensation circuit based on the angular velocity estimated by the rotation angular velocity conversion circuit. .

この発明によれば、高周波信号を空間に向けて放射する一方、空間に存在している目標に反射された高周波信号の一部を受信し、その受信信号のレンジ方向の分解能をレンジ圧縮して、その受信信号のレンジ方向の振幅特性であるレンジプロフィールを取得する一連の処理をレーダと目標間の相対位置を変えながら繰り返すことで、その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取得するレンジヒストリ取得回路と、レンジヒストリ取得回路により取得されたレンジヒストリで、不要な並進運動によって発生するレーダと目標間の不要な距離変化を補償する並進運動補償回路と、並進運動補償回路により距離変化が補償されたレンジヒストリで、目標における高周波信号の各反射点で、回転運動によって発生するレンジ方向のぼけを補償する回転レンジセル移動補償回路と、回転レンジセル移動補償回路によりレンジ方向のぼけが補償されたレンジヒストリの中で、各レンジのヒット方向のデータ列の位相項を特定し、その位相項に含まれている2次の位相変化の係数である2次位相係数の候補となる複数の候補値の確からしさをレンジセル毎に評価し、各候補値の評価結果のレンジ方向の分布を出力する2次位相係数候補評価回路と、2次位相係数候補評価回路から出力されたレンジ方向の分布である2次位相係数評価値分布に基づいて、2次位相係数のレンジに対する変化係数である2次位相係数レンジ変化係数を推定する2次位相係数変化量推定回路と、2次位相係数変化量推定回路により推定された2次位相係数レンジ変化係数に基づいて、目標の等価的な回転運動の角速度を推定する回転角速度換算回路と、2次位相係数変化量推定回路により推定された2次位相係数レンジ変化係数と2次位相係数評価値分布から2次位相係数が0になっているレンジを推定するゼロ交差レンジ推定回路と、ゼロ交差レンジ推定回路により推定されたレンジが0になるように、並進運動補償回路により距離変化が補償されたレンジヒストリを補償する0次レンジ補償回路とを設け、レーダ画像生成回路が、回転角速度換算回路により推定された角速度に基づいて、0次レンジ補償回路による補償後のレンジヒストリからレーダ画像を生成するように構成したので、目標とレーダの間の相対運動が未知である場合や、その相対運動の推定誤差が大きい場合でも、回転運動によって発生する画像のぼけを精度よく補償することができるとともに、クロスレンジスケーリングを実施して、各反射点のレンジ方向の物理的な位置を得ることができる効果がある。   According to the present invention, a high-frequency signal is emitted toward a space, while a part of the high-frequency signal reflected by a target existing in the space is received, and the resolution in the range direction of the received signal is subjected to range compression. The range history that is the time history of the range profile is obtained by repeating a series of processing to acquire the range profile that is the amplitude characteristic of the received signal in the range direction while changing the relative position between the radar and the target. The range history acquired by the acquisition circuit, the range history acquisition circuit, the translational motion compensation circuit that compensates for the unnecessary distance change between the radar and the target caused by the unnecessary translational motion, and the distance change compensated by the translational motion compensation circuit In the range direction generated by the rotational motion at each reflection point of the high-frequency signal at the target. The phase term of the data string in the hit direction of each range is identified and included in the phase term in the range history in which the blur in the range direction is compensated by the rotational range cell movement compensation circuit A second order that evaluates the probability of a plurality of candidate values that are candidates for a second order phase coefficient that is a second order phase change coefficient for each range cell, and outputs a distribution in the range direction of the evaluation result of each candidate value Based on the phase coefficient candidate evaluation circuit and the secondary phase coefficient evaluation value distribution that is the distribution in the range direction output from the secondary phase coefficient candidate evaluation circuit, the secondary phase coefficient that is a change coefficient for the range of the secondary phase coefficient Based on the secondary phase coefficient variation estimation circuit for estimating the range variation coefficient and the secondary phase coefficient range variation coefficient estimated by the secondary phase coefficient variation estimation circuit, The secondary phase coefficient is zero based on the rotational angular velocity conversion circuit that estimates the angular velocity of motion, the secondary phase coefficient range variation coefficient estimated by the secondary phase coefficient variation estimation circuit, and the secondary phase coefficient evaluation value distribution. A zero-crossing range estimation circuit that estimates a range, and a zero-order range compensation circuit that compensates for a range history in which a distance change is compensated by a translational motion compensation circuit so that the range estimated by the zero-crossing range estimation circuit becomes zero And the radar image generation circuit is configured to generate a radar image from the range history after compensation by the zero-order range compensation circuit based on the angular velocity estimated by the rotational angular velocity conversion circuit. Even if the relative motion of the image is unknown or the estimation error of the relative motion is large, the image blur caused by the rotational motion is accurately compensated. In addition, it is possible to obtain the physical position of each reflection point in the range direction by performing cross range scaling.

この発明の実施の形態1による画像レーダ装置を示す構成図である。It is a block diagram which shows the image radar apparatus by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1による画像レーダ装置のレンジヒストリ取得回路1を示す構成図である。It is a block diagram which shows the range history acquisition circuit 1 of the image radar apparatus by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1による画像レーダ装置の並進運動補償回路2を示す構成図である。It is a block diagram which shows the translational motion compensation circuit 2 of the image radar apparatus by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1による画像レーダ装置のレンジセル毎2次位相係数候補評価回路4を示す構成図である。It is a block diagram which shows the secondary phase coefficient candidate evaluation circuit 4 for every range cell of the image radar apparatus by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1による画像レーダ装置の2次位相係数変化量推定回路5を示す構成図である。It is a block diagram which shows the secondary phase coefficient variation | change_quantity estimation circuit 5 of the image radar apparatus by Embodiment 1 of this invention. 2次位相係数変化量推定回路5におけるスペクトル画像利用型軌跡傾き特定回路61の内部を示す構成図である。FIG. 6 is a configuration diagram showing the inside of a spectral image utilization type trajectory inclination specifying circuit 61 in the secondary phase coefficient variation estimation circuit 5; この発明の実施の形態1による画像レーダ装置の2次位相係数考慮ゼロ交差レンジ推定回路7を示す構成図である。It is a block diagram which shows the zero crossing range estimation circuit 7 in consideration of the secondary phase coefficient of the image radar apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. 2次位相係数評価値分布の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of secondary phase coefficient evaluation value distribution. 軌跡傾き信頼度分布算出回路71の処理内容を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the processing content of the locus | trajectory inclination reliability distribution calculation circuit 71. FIG. 軌跡傾き信頼度分布算出回路71及び信頼度分布最大位置特定器72の処理内容を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the processing content of the locus | trajectory inclination reliability distribution calculation circuit 71 and the reliability distribution maximum position specifying device 72. FIG. この発明の実施の形態2による画像レーダ装置を示す構成図である。It is a block diagram which shows the image radar apparatus by Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態2による画像レーダ装置の2次位相係数考慮前補正型ゼロ交差レンジ推定回路10を示す構成図である。It is a block diagram which shows the correction type | mold zero crossing range estimation circuit 10 before secondary phase coefficient consideration of the image radar apparatus by Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態3による画像レーダ装置を示す構成図である。It is a block diagram which shows the image radar apparatus by Embodiment 3 of this invention. この発明の実施の形態4による画像レーダ装置を示す構成図である。It is a block diagram which shows the image radar apparatus by Embodiment 4 of this invention. この発明の実施の形態5による画像レーダ装置を示す構成図である。It is a block diagram which shows the image radar apparatus by Embodiment 5 of this invention. この発明の実施の形態6による画像レーダ装置を示す構成図である。It is a block diagram which shows the image radar apparatus by Embodiment 6 of this invention. この発明の実施の形態6による画像レーダ装置を示す構成図である。It is a block diagram which shows the image radar apparatus by Embodiment 6 of this invention.

実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1による画像レーダ装置を示す構成図である。
図1において、レンジヒストリ取得回路1は高周波信号を空間に向けて放射する一方、空間に存在している目標に反射された高周波信号の一部を受信し、その受信信号のレンジ方向の分解能をレンジ圧縮して、その受信信号のレンジ方向の振幅特性であるレンジプロフィールを取得する一連の処理をレーダと目標間の相対位置を変えながら繰り返すことで、その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取得する回路である。
Embodiment 1 FIG.
1 is a block diagram showing an image radar apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
In FIG. 1, a range history acquisition circuit 1 radiates a high-frequency signal toward a space, receives a part of the high-frequency signal reflected by a target existing in the space, and determines the resolution in the range direction of the received signal. The range history, which is the time history of the range profile, is obtained by repeating a series of processing that compresses the range and obtains the range profile that is the amplitude characteristics of the received signal in the range direction while changing the relative position between the radar and the target. It is a circuit to acquire.

並進運動補償回路2はレンジヒストリ取得回路1により取得されたレンジヒストリで、不要な並進運動によって発生するレーダと目標間の不要な距離変化を補償する回路である。
回転レンジセル移動補償回路3は並進運動補償回路2により距離変化が補償されたレンジヒストリで、目標における高周波信号の各反射点で、回転運動によって発生するレンジ方向のぼけを補償する回路である。
The translational motion compensation circuit 2 is a range history acquired by the range history acquisition circuit 1 and is a circuit that compensates for an unnecessary change in the distance between the radar and the target caused by unnecessary translational motion.
The rotational range cell movement compensation circuit 3 is a range history in which the change in distance is compensated by the translational motion compensation circuit 2, and is a circuit that compensates for blur in the range direction caused by rotational motion at each reflection point of the high-frequency signal at the target.

レンジセル毎2次位相係数候補評価回路4は回転レンジセル移動補償回路3によりレンジ方向のぼけが補償されたレンジヒストリの中で、各レンジのヒット方向のデータ列の位相項を特定し、その位相項に含まれている2次の位相変化の係数である2次位相係数の候補となる複数の候補値の確からしさをレンジセル毎(または、レンジ分解能セルを更に細かく分割されたサブレンジセル毎)に評価し、各候補値の評価結果のレンジ方向の分布である2次位相係数評価値分布を出力する回路である。
2次位相係数変化量推定回路5はレンジセル毎2次位相係数候補評価回路4から出力された2次位相係数評価値分布に基づいて、2次位相係数のレンジに対する変化係数である2次位相係数レンジ変化係数を推定する回路である。
The secondary phase coefficient candidate evaluation circuit 4 for each range cell specifies the phase term of the data string in the hit direction of each range in the range history in which the blur in the range direction is compensated by the rotation range cell movement compensation circuit 3, and the phase term The probability of a plurality of candidate values that are candidates for a secondary phase coefficient that is a coefficient of a secondary phase change included in each range cell (or each sub-range cell into which the range resolution cell is further divided) It is a circuit that evaluates and outputs a secondary phase coefficient evaluation value distribution that is a distribution in the range direction of the evaluation result of each candidate value.
The secondary phase coefficient variation estimation circuit 5 is a secondary phase coefficient that is a variation coefficient for the range of the secondary phase coefficient based on the secondary phase coefficient evaluation value distribution output from the secondary phase coefficient candidate evaluation circuit 4 for each range cell. It is a circuit for estimating a range change coefficient.

回転角速度換算回路6は2次位相係数変化量推定回路5により推定された2次位相係数レンジ変化係数に基づいて、目標の等価的な回転運動の角速度を推定する回路である。
2次位相係数考慮ゼロ交差レンジ推定回路7は2次位相係数変化量推定回路5により推定された2次位相係数レンジ変化係数とレンジセル毎2次位相係数候補評価回路4より出力された2次位相係数評価値分布から2次位相係数が0になっているレンジを推定する回路である。
The rotational angular velocity conversion circuit 6 is a circuit that estimates the target equivalent angular velocity of the rotational motion based on the secondary phase coefficient range variation coefficient estimated by the secondary phase coefficient variation estimation circuit 5.
The zero-crossing range estimation circuit 7 in consideration of the secondary phase coefficient 7 has the secondary phase coefficient range change coefficient estimated by the secondary phase coefficient change amount estimation circuit 5 and the secondary phase output from the secondary phase coefficient candidate evaluation circuit 4 for each range cell. This is a circuit that estimates the range where the secondary phase coefficient is 0 from the coefficient evaluation value distribution.

0次レンジ補償回路8は2次位相係数考慮ゼロ交差レンジ推定回路7により推定されたレンジが0になるように、並進運動補償回路2により距離変化が補償されたレンジヒストリを補償する回路である。
回転考慮レーダ画像生成回路9は回転角速度換算回路6により推定された角速度に基づいて、回転を考慮した画像再生を行うことで、0次レンジ補償回路8による補償後のレンジヒストリから、画像の両軸が物理的な長さの軸にスケーリングされているレーダ画像を生成する回路である。
The zero-order range compensation circuit 8 is a circuit that compensates the range history in which the distance change is compensated by the translational motion compensation circuit 2 so that the range estimated by the zero-crossing range estimation circuit 7 in consideration of the secondary phase coefficient becomes zero. .
The rotation-considering radar image generation circuit 9 performs image reproduction in consideration of rotation based on the angular velocity estimated by the rotation angular velocity conversion circuit 6, thereby obtaining both images from the range history after compensation by the zero-order range compensation circuit 8. A circuit that generates a radar image whose axis is scaled to a physical length axis.

図2はこの発明の実施の形態1による画像レーダ装置のレンジヒストリ取得回路1を示す構成図である。
図2において、送信機31は高周波信号を発生し、その高周波信号を送受切換器32に出力する。
送受切換器32は高周波信号の送信時と受信時で、信号の流れる方向を切り換える切換器である。
送受信アンテナ33は送受切換器32から出力された高周波信号を空間に向けて放射する一方、空間に存在している目標に反射された高周波信号の一部を受信して、その受信信号を送受切換器32に出力する。
FIG. 2 is a block diagram showing the range history acquisition circuit 1 of the image radar apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
In FIG. 2, the transmitter 31 generates a high frequency signal and outputs the high frequency signal to the transmission / reception switch 32.
The transmission / reception switching device 32 is a switching device that switches the direction of signal flow between transmission and reception of a high-frequency signal.
The transmission / reception antenna 33 radiates the high-frequency signal output from the transmission / reception switch 32 toward the space, while receiving a part of the high-frequency signal reflected by the target existing in the space and switching the reception signal between transmission / reception. Output to the device 32.

受信機34は送受切換器32から出力された受信信号を増幅して検波する。
レンジ圧縮器35は高周波信号の送信波形に基づいて、受信機34により検波された受信信号のレンジ方向の分解能をレンジ圧縮して、その受信信号のレンジ方向の振幅特性であるレンジプロフィールを取得する処理を実施する。
なお、送信機31、送受切換器32、送受信アンテナ33、受信機34及びレンジ圧縮器35における一連の処理が、レーダと目標間の相対位置を変えながら繰り返されることで、そのレンジプロフィールの時間履歴であるレンジヒストリが取得される。
The receiver 34 amplifies the received signal output from the transmission / reception switch 32 and detects it.
The range compressor 35 performs range compression on the resolution in the range direction of the received signal detected by the receiver 34 based on the transmission waveform of the high-frequency signal, and acquires a range profile that is an amplitude characteristic of the received signal in the range direction. Perform the process.
A series of processing in the transmitter 31, the transmission / reception switch 32, the transmission / reception antenna 33, the receiver 34, and the range compressor 35 is repeated while changing the relative position between the radar and the target, so that the time history of the range profile is obtained. A range history is acquired.

図3はこの発明の実施の形態1による画像レーダ装置の並進運動補償回路2を示す構成図である。
図3において、一般並進運動補償回路41はレンジヒストリ取得回路1により取得されたレンジヒストリで、レンジ分解能を超えている各反射点のレンジ移動と、位相の時間に対する2次以上の変化とを推定して、そのレンジ移動と2次以上の変化を補償する回路である。
1次位相変化補償器42は一般並進運動補償回路41による補償後のレンジヒストリにおける位相の1次変化を補償する処理を実施する。
FIG. 3 is a block diagram showing the translational motion compensation circuit 2 of the image radar apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
In FIG. 3, a general translational motion compensation circuit 41 is a range history acquired by the range history acquisition circuit 1, and estimates the range movement of each reflection point exceeding the range resolution and the second or higher order change with respect to the phase time. Thus, the circuit compensates for the range shift and the second and higher order changes.
The primary phase change compensator 42 performs processing for compensating for the primary change in phase in the range history after compensation by the general translational motion compensation circuit 41.

図4はこの発明の実施の形態1による画像レーダ装置のレンジセル毎2次位相係数候補評価回路4を示す構成図である。
図4において、レンジ補間器51は回転レンジセル移動補償回路3によりレンジ方向のぼけが補償されたレンジヒストリをレンジ方向に補間し、レンジ方向に補間後のレンジヒストリをレンジセル毎2次位相係数候補評価指標算出回路52に出力する処理を実施する。
レンジセル毎2次位相係数候補評価指標算出回路52はレンジセル毎(あるいは、サブレンジセル毎)に、当該レンジの信号の位相に加わっている2次の位相変化を示す2次位相係数の候補となる複数の候補値の確からしさを評価して、複数の候補値の確からしさが数値化されている2次位相係数評価値分布を算出する回路である。
FIG. 4 is a block diagram showing the secondary phase coefficient candidate evaluation circuit 4 for each range cell of the image radar apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
In FIG. 4, the range interpolator 51 interpolates the range history compensated for the blur in the range direction by the rotation range cell movement compensation circuit 3 in the range direction, and evaluates the range history after the interpolation in the range direction as a secondary phase coefficient candidate evaluation for each range cell. A process of outputting to the index calculation circuit 52 is performed.
The secondary phase coefficient candidate evaluation index calculation circuit 52 for each range cell is a candidate for the secondary phase coefficient indicating the secondary phase change added to the phase of the signal of the range for each range cell (or for each sub-range cell). This is a circuit that evaluates the probabilities of a plurality of candidate values and calculates a secondary phase coefficient evaluation value distribution in which the probabilities of the plurality of candidate values are digitized.

図5はこの発明の実施の形態1による画像レーダ装置の2次位相係数変化量推定回路5を示す構成図である。
図5において、スペクトル画像利用型軌跡傾き特定回路61はレンジセル毎2次位相係数候補評価回路4から出力された2次位相係数評価値分布が示す2次元画像の振幅分布を2次元フーリエ変換してスペクトル画像を求め、そのスペクトル画像から上記2次元画像上の直線の傾きを推定する回路である。
2次位相係数変化量算出回路62はスペクトル画像利用型軌跡傾き特定回路61により推定された直線の傾きから2次位相係数レンジ変化係数を算出する回路である。
FIG. 5 is a block diagram showing the secondary phase coefficient variation estimation circuit 5 of the image radar apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
In FIG. 5, the spectral image utilization type trajectory inclination specifying circuit 61 performs two-dimensional Fourier transform on the amplitude distribution of the two-dimensional image indicated by the secondary phase coefficient evaluation value distribution output from the secondary phase coefficient candidate evaluation circuit 4 for each range cell. This is a circuit that obtains a spectrum image and estimates the inclination of a straight line on the two-dimensional image from the spectrum image.
The secondary phase coefficient change amount calculation circuit 62 is a circuit that calculates a secondary phase coefficient range change coefficient from the slope of the straight line estimated by the spectral image utilizing type trajectory slope specifying circuit 61.

図6は2次位相係数変化量推定回路5におけるスペクトル画像利用型軌跡傾き特定回路61の内部を示す構成図である。
図6において、軌跡傾き信頼度分布算出回路71はレンジセル毎2次位相係数候補評価回路4から出力された2次位相係数評価値分布が示す2次元画像の振幅分布の重み付けを実施して、重み付け後の振幅分布を2次元フーリエ変換してスペクトル画像を求めるとともに、そのスペクトル画像上で直流成分に相当する原点を通り、傾きが異なる複数の直線状の積分経路を設定し、その積分経路に沿って重み付けスペクトル画像の振幅分布を線積分した結果を、各積分経路の傾きに対する信頼度として出力する回路である。
FIG. 6 is a block diagram showing the inside of the spectrum image utilization type trajectory slope specifying circuit 61 in the secondary phase coefficient variation estimation circuit 5.
In FIG. 6, the trajectory slope reliability distribution calculation circuit 71 performs weighting of the amplitude distribution of the two-dimensional image indicated by the secondary phase coefficient evaluation value distribution output from the secondary phase coefficient candidate evaluation circuit 4 for each range cell. A spectral image is obtained by performing a two-dimensional Fourier transform on the subsequent amplitude distribution, and a plurality of linear integration paths having different slopes are set on the spectrum image through the origin corresponding to the DC component, and along the integration path In this circuit, the result of line integration of the amplitude distribution of the weighted spectrum image is output as the reliability with respect to the slope of each integration path.

信頼度分布最大位置特定器72は軌跡傾き信頼度分布算出回路71から出力された各積分経路の傾きに対する信頼度の中で、信頼度が最大の積分経路の傾きを検出する処理を実施する。
軌跡傾き換算器73は信頼度分布最大位置特定器72により検出された信頼度が最大の積分経路の傾きを、レンジセル毎2次位相係数候補評価回路4から出力された2次位相係数評価値分布が示す2次元画像上の軌跡の傾きに換算する処理を実施する。
The reliability distribution maximum position locator 72 performs a process of detecting the inclination of the integration path with the maximum reliability among the reliability with respect to the inclination of each integration path output from the locus inclination reliability distribution calculation circuit 71.
The trajectory slope converter 73 calculates the slope of the integration path having the maximum reliability detected by the reliability distribution maximum position locator 72, and the secondary phase coefficient evaluation value distribution output from the secondary phase coefficient candidate evaluation circuit 4 for each range cell. The process which converts into the inclination of the locus | trajectory on the two-dimensional image which is shown in FIG.

図7はこの発明の実施の形態1による画像レーダ装置の2次位相係数考慮ゼロ交差レンジ推定回路7を示す構成図である。
図7において、傾き固定線積分型ゼロ交差レンジ推定回路81はスペクトル画像利用型軌跡傾き特定回路61により推定された直線の傾きがaであり、事前に設定された画像の一軸(例えば、縦軸y)に添った座標が0となる位置を通る際の他の一軸(例えば、横軸x)上の座標(y=a(x+x0)で表される場合のx0)であるゼロ交差点を推定するために、レンジセル毎2次位相係数候補評価回路4から出力された2次位相係数評価値分布が示す2次元画像上で、傾きがaでx0の候補が様々に異なる複数の積分経路を設定し、各積分経路に沿った線積分を実施して、その線積分の値が最大となるx0の候補が、2次位相係数が0になっているレンジであると推定する回路である。
FIG. 7 is a block diagram showing the zero-crossing range estimation circuit 7 in consideration of the secondary phase coefficient of the image radar apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
In FIG. 7, the fixed slope integral type zero-crossing range estimation circuit 81 has a straight line inclination a estimated by the spectral image utilization type locus inclination specifying circuit 61, and one axis (for example, the vertical axis) set in advance. A zero crossing point that is a coordinate (x0 in the case of y = a (x + x0)) on another axis (for example, the horizontal axis x) when passing through a position where the coordinate along y) is 0 is estimated. Therefore, on the two-dimensional image indicated by the secondary phase coefficient evaluation value distribution output from the secondary phase coefficient candidate evaluation circuit 4 for each range cell, a plurality of integration paths having different slopes of a and x0 are set. This is a circuit that performs line integration along each integration path, and estimates that the candidate x0 having the maximum value of the line integration is in the range where the secondary phase coefficient is zero.

次に動作について説明する。
まず、レンジヒストリ取得回路1は、下記の(1)〜(3)の処理をレーダと目標間の相対位置を変えながら繰り返すことで、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取得する。
(1)送信機31が高周波信号を発生し、その高周波信号を送受切換器32を介して送受信アンテナ33に出力することにより、その送受信アンテナ33から高周波信号を空間に向けて放射させる送信処理
(2)送受信アンテナ33が空間に存在している目標に反射された高周波信号の一部を受信し、受信機34が受信信号を検波する受信処理
(3)レンジ圧縮器35が受信機4により検波された受信信号のレンジ方向の分解能をレンジ圧縮して、その受信信号のレンジ方向の振幅特性であるレンジプロフィールを取得するレンジプロフィール取得処理
Next, the operation will be described.
First, the range history acquisition circuit 1 acquires the range history that is the time history of the range profile by repeating the following processes (1) to (3) while changing the relative position between the radar and the target.
(1) A transmission process in which the transmitter 31 generates a high-frequency signal and outputs the high-frequency signal to the transmission / reception antenna 33 via the transmission / reception switch 32, thereby radiating the high-frequency signal from the transmission / reception antenna 33 toward the space ( 2) Reception processing in which the transmission / reception antenna 33 receives a part of the high-frequency signal reflected by the target existing in space, and the receiver 34 detects the received signal. (3) The range compressor 35 is detected by the receiver 4. Range profile acquisition processing that compresses the resolution in the range direction of the received signal and obtains a range profile that is the amplitude characteristic of the received signal in the range direction

並進運動補償回路2は、レンジヒストリ取得回路1がレンジヒストリを取得すると、そのレンジヒストリで、不要な並進運動によって発生するレーダと目標間の不要な距離変化を補償する。
具体的には、以下のようにして、不要な並進運動によって発生するレーダと目標間の不要な距離変化を補償する。
並進運動補償回路2の一般並進運動補償回路41は、一般的な並進運動の補償処理を適用することで、レンジヒストリ取得回路1により取得されたレンジヒストリで、レンジ分解能を超えている各反射点のレンジ移動と、位相の時間に対する2次以上の変化とを推定して、そのレンジ移動と2次以上の変化を補償する。
なお、一般的な並進運動の補償処理として、様々な方法が提案されているが、一般的な並進運動の補償処理では、レンジヒストリにおける位相の1次変化は、補償の対象とされていない。
When the range history acquisition circuit 1 acquires the range history, the translational motion compensation circuit 2 compensates for an unnecessary change in the distance between the radar and the target generated by the unnecessary translational motion.
Specifically, an unnecessary distance change between the radar and the target caused by unnecessary translational motion is compensated as follows.
The general translation motion compensation circuit 41 of the translation motion compensation circuit 2 applies each of the general translation motion compensation processes so that each reflection point that exceeds the range resolution in the range history acquired by the range history acquisition circuit 1. The range shift and the second or higher order change with respect to the phase time are estimated to compensate for the range shift and the second or higher order change.
Various methods have been proposed as a general translational motion compensation process. However, in the general translational motion compensation process, the primary change of the phase in the range history is not targeted for compensation.

1次位相変化補償器42は、一般並進運動補償回路41による補償後のレンジヒストリにおける位相の1次変化を補償する。
以下、1次位相変化補償器42による位相の1次変化の補償処理を具体的に説明する。
1次位相変化補償器42は、下記に示すように、一般並進運動補償回路41のレンジ補償で推定されたレンジ変化をヒットに対する1次関数で近似し、これに相当する位相変化を一般的な並進運動補償後のレンジヒストリから差し引く処理を行う。
The primary phase change compensator 42 compensates for the primary change in phase in the range history after compensation by the general translational motion compensation circuit 41.
Hereinafter, the compensation process of the primary phase change by the primary phase change compensator 42 will be described in detail.
As shown below, the primary phase change compensator 42 approximates the range change estimated by the range compensation of the general translational motion compensation circuit 41 with a linear function with respect to the hit, and performs a general phase change corresponding to the general phase change. Subtract from the range history after translational compensation.

ここで、総ヒット数をH、ヒット番号をh(h=−H/2,−H/2+1,・・・,H/2−1)、パルス繰り返し周期をΔt[s]とする。第hヒットにおける観測時刻t(h)[s]は、下記の式(6)で与えられる。
なお、総ヒット数Hは偶数でも奇数でもよいが、奇数の場合には、ヒット番号をh=−(H−1)/2,・・・,(H−1)/2と設定する。

Figure 0005679904
Here, the total number of hits is H, the hit number is h (h = −H / 2, −H / 2 + 1,..., H / 2-1), and the pulse repetition period is Δt [s]. The observation time t (h) [s] at the h-th hit is given by the following equation (6).
The total hit number H may be an even number or an odd number. In the case of an odd number, the hit number is set as h = − (H−1) / 2,..., (H−1) / 2.
Figure 0005679904

レンジセル数をM、レンジセル番号をm(m=0,1,・・・,M−1)、レンジ分解能(後述するレンジピクセルスペーシング)をΔr[m]とする。
また、一般的な並進運動補償後のレンジヒストリをs1(h,m)で表し、レンジ変化の1次関数の傾き(1ヒット当たりのレンジセル変化量)をa1[cell]とする。
この場合、中心周波数をf0[Hz]、光速をc[m/s]とすると、このレンジ変化に相当する位相変化φ1(h)[rad]は、下記の式(7)で与えられる。

Figure 0005679904
The number of range cells is M, the range cell number is m (m = 0, 1,..., M−1), and the range resolution (range pixel spacing described later) is Δr [m].
In addition, a general range history after translational motion compensation is represented by s 1 (h, m), and the slope of the linear function of the range change (range cell change amount per hit) is a 1 [cell].
In this case, if the center frequency is f 0 [Hz] and the speed of light is c [m / s], the phase change φ 1 (h) [rad] corresponding to this range change is given by the following equation (7). .
Figure 0005679904

1次位相変化補償器42は、式(6)及び式(7)の関係を用いて、一般的な並進運動の補償処理では補償されない位相の1次変化φ1(h)を下記の式(8)のように補償して、補償後のレンジヒストリs2(h,m)を取得する。

Figure 0005679904
The primary phase change compensator 42 uses the relationship of the equations (6) and (7) to obtain the phase change φ 1 (h) that is not compensated for by the general translational motion compensation process using the following equation ( Compensate as in 8) to obtain the compensated range history s 2 (h, m).
Figure 0005679904

上述したように、目標上の各反射点は、回転の影響で、その位置に応じたレンジ変化をする。
そのレンジ変化は、角速度が一定で、かつ、角度変化範囲が比較的小さい状況では、近似的に時間に対する1次変化とみなせ、かつ、クロスレンジ位置が同じであれば、同じとみなすことができる(クロスレンジ位置が同じ点は、同じドップラー周波数(あるいは、同じラジアル速度)であることを考えると理解しやすい)。
1次位相変化補償器42の処理は、一般的な並進運動補償によって、レンジ変化が0となったクロスレンジ位置のドップラー周波数を0[Hz]にすることを目的としている。
As described above, each reflection point on the target undergoes a range change according to its position under the influence of rotation.
The range change can be regarded as approximately the same as a primary change with respect to time in a situation where the angular velocity is constant and the angle change range is relatively small, and can be regarded as the same if the cross-range position is the same. (It is easy to understand that points with the same cross-range position have the same Doppler frequency (or the same radial speed)).
The processing of the primary phase change compensator 42 is intended to set the Doppler frequency at the cross range position where the range change becomes 0 to 0 [Hz] by general translational motion compensation.

回転レンジセル移動補償回路3は、回転運動によって発生するぼけのうちのレンジ方向の成分ぼけを補償する。
以下、回転レンジセル移動補償回路3によるレンジ方向のぼけの補償処理を具体的に説明する。
The rotational range cell movement compensation circuit 3 compensates for the component blur in the range direction among the blurs generated by the rotational motion.
Hereinafter, the blur compensation process in the range direction by the rotation range cell movement compensation circuit 3 will be described in detail.

ここで、回転運動によって生じる時刻t=0からの回転角をθ(t)とすると、t=0における回転中心を基準とするレンジとクロスレンジがxP,yPである点の回転角θ(t)におけるレンジrP(θ(t))は、下記の式(9)で与えられる。ただし、r0
並進運動補償後の回転中心のレンジである。

Figure 0005679904
ここで、cosθ(t),sinθ(t)は次式で表すことができる。


Figure 0005679904
Here, if the rotation angle from time t = 0 generated by the rotational motion is θ (t), the rotation angle θ at the point where the range and the cross range at the time t = 0 are x P and y P. The range r P (θ (t)) at (t) is given by the following equation (9). However, r 0 is the range of the rotation center of the post-translational motion compensation.

Figure 0005679904
Here, cos θ (t) and sin θ (t) can be expressed by the following equations.


Figure 0005679904

ここで、2次以上の項を無視し、θ(t)=ωtとおくと、クロスレンジ位置yPの点のt=0からのレンジ変化δr(yP,t)は、下記の式(12)で与えられる。

Figure 0005679904
よって、クロスレンジ位置yP毎に異なる1次のレンジ変化を補償してやればよいが、実際は、角速度ωとクロスレンジ位置yPは不明である。 Here, ignoring the second and higher order terms and setting θ (t) = ωt, the range change δr (y P , t) from t = 0 of the point of the cross range position y P can be expressed by the following formula ( 12).
Figure 0005679904
Therefore, it is only necessary to compensate for a different primary range change for each cross range position y P , but in reality, the angular velocity ω and the cross range position y P are unknown.

そこで、セル番号がd(d=−H/2,−H/2−1,・・・,H/2−1:d=0がドップラー周波数0)で与えられるドップラーセルについて考える。
このセルの中心点のクロスレンジ位置(上述のyP相当)は、クロスレンジ分解能Δcを用いると、dΔcで与えられる。
よって、この点のレンジ変化は、dΔcωtになる。
ところで、上述したように、Δc=λ/(2ωT)と与えられることを踏まえると、下記の式(13)が得られる。

Figure 0005679904
Therefore, consider a Doppler cell whose cell number is given by d (d = −H / 2, −H / 2-1,..., H / 2-1: d = 0 is Doppler frequency 0).
The cross range position (corresponding to y P described above) of the center point of this cell is given by dΔc when the cross range resolution Δc is used.
Therefore, the range change at this point is dΔcωt.
Incidentally, as described above, in consideration of the fact that Δc = λ / (2ωT) is given, the following equation (13) is obtained.
Figure 0005679904

即ち、第dドップラーセルの中心点については、そのレンジ変化は角速度ωによらず、式(13)で与えられることになる。
ここで、時刻tの代わりに、ヒットhを用いるものとし、式(13)のδr(dΔc,t)をドップラーセル番号dに対するヒットhのレンジ変化δr(d,h)で表すと、下記の式(14)が得られる。

Figure 0005679904
That is, for the center point of the d-th Doppler cell, the range change is given by equation (13) regardless of the angular velocity ω.
Here, instead of the time t, the hit h is used, and δr (dΔc, t) in the equation (13) is expressed by the range change δr (d, h) of the hit h with respect to the Doppler cell number d. Equation (14) is obtained.
Figure 0005679904

回転レンジセル移動補償回路3は、以上を踏まえて、並進運動補償後のレンジヒストリs2(h,m)をヒット方向にフーリエ変換してレンジドップラー画像S2(d,m)を生成し、このドップラーセルd毎に式(14)で与えられる各ヒットのレンジ変化を打ち消すように補償する。
具体的には、dcドップラーセルの反射点について補償する際には、レンジヒストリs2(h,m)のdcドップラーセル付近の信号を通過させ、それ以外の信号の通過を阻止する性質の適当な重み係数Wdc(d,m)を導入し、下記の式(15)の重み付け画像Sチルダdc(d,m)(明細書の文書中では、電子出願の関係上、Sの上部の「〜」を表現することができないので、「Sチルダ」と表記する)を取得する(当然のことながら、dcドップラーセルが画像の端部付近の場合には折り返しを考慮して、通過帯域を設定すればよい)。

Figure 0005679904
Based on the above, the rotational range cell movement compensation circuit 3 generates a range Doppler image S 2 (d, m) by Fourier-transforming the range history s 2 (h, m) after translational motion compensation in the hit direction. Compensation is performed so as to cancel the range change of each hit given by the equation (14) for each Doppler cell d.
Nature Specifically, in compensating for reflection points d c doppler cell, the range history s 2 (h, m) is passed through a signal near d c doppler cells, preventing the passage of other signals The appropriate weighting factor W dc (d, m) is introduced, and the weighted image S tilde dc (d, m) of the following equation (15) (in the specification document, the upper part of S because of inability to represent "-", while "S tilde" and hereinafter) to get (a matter of course, when d c doppler cells near the end of the image in consideration of the aliasing, pass Just set the bandwidth).
Figure 0005679904

回転レンジセル移動補償回路3は、重み付け画像Sチルダdc(d,m)を取得すると、その重み付け画像Sチルダdc(d,m)をドップラーセル方向に逆フーリエ変換して、dcドップラーセル付近の反射点に関するレンジヒストリsチルダdc(h,m)を取得する。
次に、回転レンジセル移動補償回路3は、式(14)のdにdcを代入することで得られるδr(dc,h)を打ち消すようにレンジヒストリsチルダdc(h,m)を補償し、補償後のレンジヒストリsチルダdc(h,m)をヒット方向にフーリエ変換してレンジドップラー画像を取得する。
Rotation range cell movement compensation circuit 3, the weighted image S tilde dc (d, m) obtains the, the weighted image S tilde dc (d, m) and inverse Fourier transform on the Doppler cell direction, in the vicinity of d c doppler cell The range history s tilde dc (h, m) regarding the reflection point is acquired.
Then, the rotation range cell movement compensation circuit 3, the formula (14) of d [delta] r obtained by substituting the d c to (d c, h) Range history s to cancel the tilde dc (h, m) compensation Then, the compensated range history s tilde dc (h, m) is Fourier transformed in the hit direction to obtain a range Doppler image.

そして、回転レンジセル移動補償回路3は、そのレンジドップラー画像におけるdcドップラーセルの全レンジデータを、別途用意している配列S3(d,m)におけるd=dcのセルに格納する。
なお、全てのdcドップラーセルについて同様の処理を実施して得られた配列S3(d,m)が、回転運動によるレンジ移動補償後のレンジドップラー画像に相当する。
その配列S3(d,m)をドップラーセル方向に逆フーリエ変換することで、回転運動によるレンジ移動補償後のレンジヒストリs3(h,m)が得られる。
The rotation range cell movement compensation circuit 3 stores the entire range data d c doppler cell in the range Doppler image, separately prepared to have sequences S 3 (d, m) the cells of d = d c in.
Note that the array S 3 (d, m) obtained by performing the same processing for all dc Doppler cells corresponds to the range Doppler image after the range movement compensation by the rotational motion.
By subjecting the array S 3 (d, m) to inverse Fourier transform in the Doppler cell direction, the range history s 3 (h, m) after the range movement compensation by the rotational motion is obtained.

回転レンジセル移動補償回路3の処理では、回転中心が少なくともゼロドップラーセルに位置していることを期待している。
この観点から、前段の並進運動補償回路2では、レンジ変化がゼロであるドップラーセル(クロスレンジ)位置に回転中心が存在するという考えの下に、このセルをゼロドップラー(クロスレンジ)に配置するために1次の位相変化を補償している。
In the processing of the rotation range cell movement compensation circuit 3, it is expected that the rotation center is located at least in the zero Doppler cell.
From this point of view, in the translational motion compensation circuit 2 in the previous stage, this cell is arranged in the zero Doppler (cross range) under the idea that the center of rotation exists at the Doppler cell (cross range) position where the range change is zero. Therefore, the first-order phase change is compensated.

ここで、点Pの位相変化φP(t)は、式(9)のrP(θ(t))でθ(t)=ωtとした値を用いることで、下記の式(16)のように表すことができる。

Figure 0005679904
先に説明した回転レンジセル移動補償回路3では、式(16)に現れる三角関数を角度変化に対する1次以下の多項式で表しているが、ここでは、レンジセルの変化より感度の高い位相変化に着目することを考慮して、これより次数の高い2次以下の多項式で表すことにする。
この場合、式(16)の位相変化φP(t)は、下記の式(17)で近似される。
Figure 0005679904
Here, the phase change φ P (t) of the point P is obtained by using the value of θ (t) = ωt in r P (θ (t)) of the equation (9). Can be expressed as:
Figure 0005679904
In the rotational range cell movement compensation circuit 3 described above, the trigonometric function appearing in the equation (16) is expressed by a first-order polynomial or less with respect to the angle change. Here, attention is paid to the phase change having higher sensitivity than the change of the range cell. In view of this, it is expressed by a second-order polynomial having a higher order than this.
In this case, the phase change φ P (t) in the equation (16) is approximated by the following equation (17).
Figure 0005679904

式(17)において、2次の位相変化2πxPω22/λが、回転運動によってレンジドップラー画像をドップラー軸方向にぼけさせる主要な成分に相当する。
2次位相係数は、回転中心のレンジを基準とするレンジxPに比例することを踏まえ、ここでは、2次位相係数をレンジxPの関数α2(xP)として、下記の式(18)で表すようにする。

Figure 0005679904
In Expression (17), the second-order phase change 2πx P ω 2 t 2 / λ corresponds to a main component that causes the range Doppler image to be blurred in the Doppler axis direction by the rotational motion.
In consideration of the fact that the secondary phase coefficient is proportional to the range x P based on the rotation center range, the following equation (18) is used here, where the secondary phase coefficient is a function α 2 (x P ) of the range x P. ).
Figure 0005679904

式(18)より明らかなように、xPとα2(xP)の組が得られれば、|ω|を定めることができる。
さらに、下記の式(19)で表される2次位相係数のレンジに対する変化の割合である2次位相係数レンジ変化係数β2が得られた場合にも、ここから|ω|を定めることができる。

Figure 0005679904
As apparent from the equation (18), if a set of x P and α 2 (x P ) is obtained, | ω | can be determined.
Further, even when the secondary phase coefficient range change coefficient β 2, which is the ratio of the change to the range of the secondary phase coefficient expressed by the following equation (19), is obtained, | ω | it can.
Figure 0005679904

|ω|を推定する際、xPとα2(xP)の組を用いる場合は、レンジxPを知る必要がある。言い換えると、回転中心のレンジを特定する必要があるのに対し、2次位相係数レンジ変化係数を用いる場合は、xPそのものは必要としないので、回転中心のレンジも推定不要となる。よって、推定が容易になると考えられる。
これらの観点に基づき、2次位相係数変化量推定回路5では、2次位相係数レンジ変化係数β2を推定し、回転角速度換算回路6では、2次位相係数レンジ変化係数β2を|ω|に換算する。
レンジセル毎2次位相係数候補評価回路4では、2次位相係数レンジ変化係数β2の推定を可能にするために、各レンジにおける2次位相係数の各候補値について、その確からしさについての評価値の分布である2次位相係数評価値分布を生成する(図8を参照)。
When estimating | ω |, when using a set of x P and α 2 (x P ), it is necessary to know the range x P. In other words, while it is necessary to specify the range of the rotation center, when the secondary phase coefficient range change coefficient is used, x P itself is not required, and therefore, the range of the rotation center is not required to be estimated. Therefore, it is considered that the estimation becomes easy.
Based on these viewpoints, the secondary phase coefficient change amount estimation circuit 5 estimates the secondary phase coefficient range change coefficient β 2 , and the rotational angular velocity conversion circuit 6 sets the secondary phase coefficient range change coefficient β 2 to | ω | Convert to.
In order to enable the estimation of the secondary phase coefficient range change coefficient β 2 , the secondary phase coefficient candidate evaluation circuit 4 for each range cell evaluates the likelihood of each candidate value of the secondary phase coefficient in each range. A second-order phase coefficient evaluation value distribution that is a distribution of (1) is generated (see FIG. 8).

即ち、レンジセル毎2次位相係数候補評価回路4は、回転レンジセル移動補償回路3によりレンジ方向のぼけが補償されたレンジヒストリの中で、各レンジのヒット方向のデータ列の位相項を特定し、その位相項に含まれている2次の位相変化の係数である2次位相係数の候補となる複数の候補値の確からしさをレンジセル毎(または、レンジ分解能セルを更に細かく分割されたサブレンジセル毎)に評価し、各候補値の評価結果のレンジ方向の分布である2次位相係数評価値分布を出力する。
以下、レンジセル毎2次位相係数候補評価回路4の処理内容を具体的に説明する。
That is, the secondary phase coefficient candidate evaluation circuit 4 for each range cell specifies the phase term of the data string in the hit direction of each range in the range history in which the blur in the range direction has been compensated by the rotation range cell movement compensation circuit 3. The probability of a plurality of candidate values that are candidates for the secondary phase coefficient that is the coefficient of the secondary phase change included in the phase term is determined for each range cell (or the sub-range cell obtained by further dividing the range resolution cell) And a secondary phase coefficient evaluation value distribution that is a distribution in the range direction of the evaluation result of each candidate value is output.
The processing contents of the secondary phase coefficient candidate evaluation circuit 4 for each range cell will be specifically described below.

レンジセル毎2次位相係数候補評価回路4のレンジ補間器51は、回転レンジセル移動補償回路3によりレンジ方向のぼけが補償されたレンジヒストリをレンジ方向に補間し、レンジ方向に補間後のレンジヒストリをレンジセル毎2次位相係数候補評価指標算出回路52に出力する。
レンジヒストリのレンジ方向の補間には、一般的なゼロ詰め補間等を用いることができる。
この処理により、レンジヒストリのレンジ方向のセル幅(以下、「レンジピクセルスペーシング」と称する)が、元のレンジピクセルスペーシングΔrより小さくなり、セル数も増える。補間後のレンジセルについても、これまで通り、レンジセルと呼ぶことにする。
レンジ補間後のレンジピクセルスペーシングをΔrs[m]とし、補間後のレンジセル数をMsとする。
The range interpolator 51 of the secondary phase coefficient candidate evaluation circuit 4 for each range cell interpolates the range history compensated for the blur in the range direction by the rotation range cell movement compensation circuit 3 in the range direction, and the interpolated range history in the range direction. This is output to the secondary phase coefficient candidate evaluation index calculation circuit 52 for each range cell.
For interpolation in the range direction of the range history, general zero padding interpolation or the like can be used.
By this processing, the cell width in the range direction of the range history (hereinafter referred to as “range pixel spacing”) becomes smaller than the original range pixel spacing Δr, and the number of cells also increases. The interpolated range cell is also called a range cell as before.
The range pixel spacing after the range interpolation is Δr s [m], and the number of range cells after the interpolation is M s .

後段の処理では、本来、各反射点のレンジ位置xPに対する特性を取り扱う必要があるが、これを各レンジセルの中心レンジに対する特性で代用する際、レンジ補間器51を組み入れることで、反射点の真のレンジと、その反射点の属するレンジセルの中心レンジとの差異を小さくして、これに基づく誤差の影響を低減することができる。 In subsequent processing, originally, it is necessary to handle the characteristics for range position x P of the reflection points, when substitute characteristic for the center range of each range cell so, by incorporating a range interpolator 51, the reflection point The difference between the true range and the center range of the range cell to which the reflection point belongs can be reduced to reduce the influence of errors based on this.

なお、レンジのピクセルスペーシングが補間前から十分小さいと判断される場合には、レンジ補間器51の処理を省略することも可能である。
この場合、実際は、レンジ補間器51が不要となるが、その場合も、1倍の補間をしたとみなすことは可能である。
この点を踏まえ、以下では、説明の効率上、レンジ補間をしない場合も含めて、その処理の内容を統一的に説明する。
When it is determined that the pixel spacing of the range is sufficiently small before the interpolation, the processing of the range interpolator 51 can be omitted.
In this case, the range interpolator 51 is actually unnecessary, but in this case as well, it can be considered that the interpolation has been performed by a factor of 1.
In consideration of this point, in the following, the contents of the processing will be explained in a unified manner including the case where range interpolation is not performed for the sake of efficiency of explanation.

レンジセル毎2次位相係数候補評価指標算出回路52は、レンジセル毎(あるいは、サブレンジセル毎)に、当該レンジの信号の位相に加わっている2次の位相変化を示す2次位相係数の候補となる複数の候補値の確からしさを評価して、複数の候補値の確からしさが数値化されている2次位相係数評価値分布を算出する。
ここで取り扱う推定問題は、一般的な並進運動補償で取り扱われる問題と密接に関連している。
例えば、SARでは、レーダプラットフォームに搭載している運動センサの情報を用いて、レンジ分解能程度の補償を実現することができるが、波長オーダの精度が必要となる位相補償の誤差が残存していることがある。
このような問題に対して、受信信号そのものから位相誤差を推定する方法が各種提案されている。
The secondary phase coefficient candidate evaluation index calculation circuit 52 for each range cell is provided with a secondary phase coefficient candidate indicating a secondary phase change added to the phase of the signal of the range for each range cell (or for each sub-range cell). The probability of the plurality of candidate values is evaluated, and a secondary phase coefficient evaluation value distribution in which the probability of the plurality of candidate values is quantified is calculated.
The estimation problem handled here is closely related to the problem handled in general translational motion compensation.
For example, in the SAR, it is possible to realize the compensation of about the range resolution by using the information of the motion sensor mounted on the radar platform, but the phase compensation error that requires the accuracy of the wavelength order remains. Sometimes.
Various methods for estimating the phase error from the received signal itself have been proposed for such problems.

特に2次の位相誤差は、その影響が大きく、頻繁に発生する基本的な誤差であり、これに特化した推定方法も各種提案されている(例えば、Map Drift(MD)法や、Phase Difference(PD)法など)。
これらの方法を2次位相係数の推定に応用するのは有益である。ただし、並進運動補償においては、推定対象である位相誤差は、どのレンジセルにおいてもほぼ等しいという前提がおかれる場合が多い。そして、この前提に基づいて、各レンジセルで得られた位相変化の推定結果や変化量、中間指標等をレンジセル方向に統合(例えば、平均や積分等)することで、最終的な推定精度を向上させることが多い。
In particular, the second-order phase error has a large influence and is a basic error that frequently occurs, and various estimation methods specialized to this error have been proposed (for example, the map drift (MD) method and the phase difference). (PD) method).
It is useful to apply these methods to the estimation of the second order phase coefficient. However, in translational motion compensation, it is often assumed that the phase error to be estimated is almost equal in any range cell. Based on this assumption, the estimation result of phase change obtained by each range cell, the amount of change, intermediate index, etc. are integrated in the range cell direction (for example, average, integration, etc.) to improve the final estimation accuracy. Often.

しかし、ここで我々が取り扱う問題においては、2次の位相変化がレンジ毎に異なるため、従来の並進運動補償における処理をそのまま用いることはできない。
即ち、基本的には、レンジセル毎に得られた推定結果をそのまま用いざるを得ない。したがって、レンジセル方向に統合しないことによる精度劣化が生じて問題となる可能性がある。
However, in the problem that we deal with here, since the second-order phase change differs for each range, the processing in the conventional translational motion compensation cannot be used as it is.
That is, basically, the estimation result obtained for each range cell must be used as it is. Therefore, there is a possibility that accuracy deterioration occurs due to not integrating in the range cell direction, which causes a problem.

上述した回転運動によるレンジセル移動を補償した後に、各レンジにおける2次の位相誤差を補償して画像を結像させることが目的の従来方法2(非特許文献2を参照)においては、上記のPD法を適用して、2次の位相変化をレンジセル毎に推定する。
そして、この推定結果群に、推定を大きく失敗している外れ値が混入していることを危惧し、これを検出して除去する処理を適用する。
その後に、推定結果を平滑して、各レンジセルの2次位相変化を最終的に決定する。
しかし、この方法では、外れ値の混入数が増えるにつれて、推定に用いるデータ数が減少して推定精度が劣化する。また、外れ値の除去自体に失敗する可能性も高くなり、推定精度が劣化する。
In the conventional method 2 (see Non-Patent Document 2) in which an image is formed by compensating for the second-order phase error in each range after compensating for the range cell movement due to the rotational motion described above, the PD described above is used. Applying the method, second-order phase change is estimated for each range cell.
Then, the estimation result group is concerned that an outlier that has largely failed in estimation is mixed, and a process of detecting and removing this is applied.
Thereafter, the estimation result is smoothed, and the secondary phase change of each range cell is finally determined.
However, in this method, as the number of outliers increases, the number of data used for estimation decreases and the estimation accuracy deteriorates. In addition, there is a high possibility that the outlier removal itself will fail, and the estimation accuracy deteriorates.

PD法においては、各レンジセルでの推定処理において、候補となる2次位相係数の各々について評価値が算出され、この評価値が最高の2次位相係数が、真の2次位相係数である可能性が高いと考えられる。
従来方法2では、この観点に基づき、各レンジセルにおいて評価値が最も高い2次位相係数を、そのレンジセルにおける仮の推定結果としている。
In the PD method, an evaluation value is calculated for each candidate secondary phase coefficient in the estimation process in each range cell, and the secondary phase coefficient having the highest evaluation value may be a true secondary phase coefficient. It is considered that the nature is high.
In the conventional method 2, based on this viewpoint, the secondary phase coefficient having the highest evaluation value in each range cell is used as a temporary estimation result in the range cell.

しかし、画像上の反射点分布や雑音の状況によっては、真の2次位相係数の評価値が最高にならない場合がある。
例えば、PDやMDでは、原理的に、合成開口の前半のデータのみ、後半のデータのみの各々で生成した画像間のドップラーずれに相当する量を推定し、その推定結果から2次位相係数を得ている。その際、反射点分布の状態によっては、反射点間の干渉の影響を受けて、真値とは大きく異なる候補値の評価値が大きくなる場合がある。
従来方法2の外れ値は、このような影響を受けて発生した可能性が高い。ただし、このような状況においても、真値の評価値は、例え最高とはならなくても、高い値を保持しているので、この情報をうまく用いれば、推定精度を向上できる可能性がある。
この観点で、本発明では、評価値の分布全体に基づいて2次位相係数を推定するようにしている。
However, the true second-order phase coefficient evaluation value may not be the highest depending on the reflection point distribution on the image and the noise situation.
For example, in PD and MD, in principle, an amount corresponding to the Doppler shift between images generated only for the first half data and only the second half data of the synthetic aperture is estimated, and the secondary phase coefficient is calculated from the estimation result. It has gained. At this time, depending on the state of the reflection point distribution, the evaluation value of the candidate value that is significantly different from the true value may be increased due to the influence of interference between the reflection points.
There is a high possibility that the outlier in the conventional method 2 is generated under such influence. However, even in such a situation, even if the true evaluation value does not become the maximum, it retains a high value, so if this information is used well, the estimation accuracy may be improved. .
From this point of view, in the present invention, the secondary phase coefficient is estimated based on the entire distribution of evaluation values.

以下、レンジセル毎2次位相係数候補評価指標算出回路52の処理内容を具体的に説明する。
レンジセル毎2次位相係数候補評価指標算出回路52では、PDやMD等の2次位相係数の候補値に対しても、何らかの評価値を算出できるような2次位相推定法を用いて、レンジセル、候補値毎の2次位相係数評価値分布を算出する。
以下、PDを用いる場合を例にして説明する。
The processing contents of the secondary phase coefficient candidate evaluation index calculation circuit 52 for each range cell will be specifically described below.
The secondary phase coefficient candidate evaluation index calculation circuit 52 for each range cell uses a secondary phase estimation method that can calculate some evaluation value for a secondary phase coefficient candidate value such as PD or MD, A secondary phase coefficient evaluation value distribution for each candidate value is calculated.
Hereinafter, a case where PD is used will be described as an example.

あるレンジセルにおける位相2次の位相係数の真値がa2で与えられたとする。
注目レンジセルの受信信号g(t)が2次の位相誤差の含まれない信号s(t)を用いて、下記の式(20)で与えられるとする。

Figure 0005679904
It is assumed that the true value of the phase secondary phase coefficient in a certain range cell is given by a 2 .
Assume that the received signal g (t) of the target range cell is given by the following equation (20) using a signal s (t) that does not include a secondary phase error.
Figure 0005679904

レンジセル毎2次位相係数候補評価指標算出回路52は、注目レンジセルの受信信号g(t)からから観測時間の前半の信号gs(t)と、後半の信号ge(t)を下記の式(21),(22)のように抽出する。

Figure 0005679904
The secondary phase coefficient candidate evaluation index calculation circuit 52 for each range cell calculates the signal g s (t) of the first half of the observation time and the signal g e (t) of the second half from the received signal g (t) of the range cell of interest Extract as shown in (21) and (22).

Figure 0005679904

ここで、s(t)=γP ej2πfptと、振幅γPでドップラー周波数fPの1点のみが存在する単純な場合を想定すると、下記の式(23)で得られるgP(t)の位相の1次変化の中に2次係数a2が現れる。

Figure 0005679904
これを得るためには、gP(t)をフーリエ変換して得られるスペクトルを確認すればよい。 Here, assuming a simple case where s (t) = γ P ej2πfpt and only one point of the amplitude γ P and the Doppler frequency f P exists, g P (t) obtained by the following equation (23) A secondary coefficient a 2 appears in the primary change in phase.
Figure 0005679904
In order to obtain this, a spectrum obtained by Fourier transforming g P (t) may be confirmed.

時間により変動しない項を無視すると、gP(t)のスペクトルGP(f)は下記の式(24)で与えられる。

Figure 0005679904
If a term that does not vary with time is ignored, the spectrum G P (f) of g P (t) is given by the following equation (24).

Figure 0005679904

|GP(f)|を最大とするfをfmax[Hz]とすると、a2[1/s2]は下記の式(25)で得られる。

Figure 0005679904
When f that maximizes | G P (f) | is f max [Hz], a 2 [1 / s 2 ] is obtained by the following equation (25).
Figure 0005679904

レンジセル毎2次位相係数候補評価指標算出回路52は、以上を踏まえて、|GP(f)|相当の値を2次位相係数評価値分布とする。
以上の説明では、観測時刻tを連続値として取り扱っているが、その観測時刻がヒットhとパルス繰り返し周期Δtで表現される離散時刻になっていても同様である。
Based on the above, the secondary phase coefficient candidate evaluation index calculation circuit 52 for each range cell sets a value corresponding to | G P (f) | as the secondary phase coefficient evaluation value distribution.
In the above description, the observation time t is treated as a continuous value, but the same applies even if the observation time is a discrete time represented by a hit h and a pulse repetition period Δt.

また、s(h,ms)のヒット前半の配列をss(h2,ms)、後半の配列をse(h2,ms)(h2=−H/4,・・・,H/4−1)として、sP(h2,ms)=se(h2,ms)ss(h2,ms*をヒットh2方向にフーリエ変換して得られる配列をG0(d2,ms)(d2=−H/4,・・・,H/4−1)で表すものとする。
ここで、G0(d2,ms)のd2方向の軸の単位はセルであるが、式(25)と、観測時刻を2分割したことで、ドップラー分解能が2倍に劣化したことを踏まえると、セル番号2をA倍することで、2次位相係数に対する分布に換算することができる。

Figure 0005679904
In addition, s (h, m s) sequences s s (h 2, m s ) hit the first half of the second half of the array s e (h 2, m s ) (h 2 = -H / 4, ··· , H / 4-1), s P (h 2 , m s ) = s e (h 2 , m s ) s s (h 2 , m s ) * is obtained by Fourier transform in the hit h 2 direction. The array is represented by G 0 (d 2 , m s ) (d 2 = −H / 4,..., H / 4-1).
Here, the unit of the axis in the d 2 direction of G 0 (d 2 , m s ) is a cell, but the Doppler resolution has deteriorated twice due to the fact that the observation time is divided into two by equation (25). In consideration of the above, by multiplying cell number 2 by A, the distribution can be converted to a distribution with respect to the secondary phase coefficient.
Figure 0005679904

ここでは、 上記のG0(d2,ms)をd2軸方向にゼロ詰め補間して、この方向のセル数を増やすとともにセル幅を狭くする。ゼロ詰め補間により点数をNintp倍にする。
この結果得られた配列をG(ds,ms)(ds=−Hs/2,・・・,Hs/2−1)で表すものとする。ただし、Hs=(H/2)Nintpである。
この場合、セル番号d2から2次位相係数への換算係数Δa2は、下記の式(27)で与えられる。

Figure 0005679904
このG(ds,ms)を2次位相係数評価値分布とする。 Here, the above G 0 (d 2 , m s ) is interpolated with zero padding in the d 2 axis direction to increase the number of cells in this direction and reduce the cell width. The number of points is increased to N intp times by zero padding interpolation.
The resulting sequence is represented by G (d s , m s ) (d s = −H s / 2,..., H s / 2-1). However, H s = (H / 2) N intp .
In this case, conversion factor .DELTA.a 2 from cell number d 2 to the secondary phase factor is given by the following equation (27).
Figure 0005679904
This G (d s , m s ) is defined as a secondary phase coefficient evaluation value distribution.

ここでは、PD法を用いるものを説明したが、PD法に限るものではなく、MD法などの他の方法で代用させることも可能である。
MD法では、ヒット前半と後半で、それぞれ画像を生成し、その画像間の相互相関のピーク位置から画像間のずれを計測し、その画像間のずれを2次位相変化係数に換算するようにする。
したがって、各ずれに対する相互相関値も、PD法の場合と同様に、候補2次位相変化係数の評価値として用いることができる。
Although the method using the PD method has been described here, the method is not limited to the PD method, and other methods such as the MD method can be used instead.
In the MD method, images are generated in the first half and the second half of the hit, the shift between images is measured from the peak position of the cross-correlation between the images, and the shift between the images is converted into a secondary phase change coefficient. To do.
Therefore, the cross-correlation value for each shift can also be used as the evaluation value of the candidate secondary phase change coefficient, as in the case of the PD method.

2次位相係数変化量推定回路5は、レンジセル毎2次位相係数候補評価回路4から2次位相係数評価値分布を受けると、その2次位相係数評価値分布に基づいて、2次位相係数のレンジに対する変化係数である2次位相係数レンジ変化係数を推定する。
以下、2次位相係数変化量推定回路5による2次位相係数レンジ変化係数の推定処理を具体的に説明する。
2次位相係数評価値分布が示す2次元画像としては、一般的なs(y,x)という画像を想定する。
この画像のx軸方向の画素数はNx、y軸方向の画素数はNyである。これをG(ds,ms)と関連付ける場合、dsとyが対応し、msとxが対応する。
When receiving the secondary phase coefficient evaluation value distribution from the secondary phase coefficient candidate evaluation circuit 4 for each range cell, the secondary phase coefficient variation estimation circuit 5 receives the secondary phase coefficient evaluation value distribution based on the secondary phase coefficient evaluation value distribution. A secondary phase coefficient range change coefficient that is a change coefficient with respect to the range is estimated.
Hereinafter, the estimation process of the secondary phase coefficient range variation coefficient by the secondary phase coefficient variation estimation circuit 5 will be specifically described.
As a two-dimensional image indicated by the secondary phase coefficient evaluation value distribution, a general image called s (y, x) is assumed.
The number of pixels in the x-axis direction of this image is Nx, and the number of pixels in the y-axis direction is Ny. When this is associated with G (d s , m s ), d s corresponds to y, and m s corresponds to x.

まず、2次位相係数変化量推定回路5のスペクトル画像利用型軌跡傾き特定回路61は、画像上の同じ傾きの直線は、いずれも、その画像を2次元フーリエ変換して得られるスペクトル画像上で原点(直流成分)を通り、元の直線の傾きに依存した傾きの直線状に投影されるというフーリエ変換の性質を利用して、元の画像上の直線の傾きを推定する。
一般的に、 x−y2次元無限平面上の傾きaの直線は、フーリエ変換の性質より、これを2次元フーリエ変換したfx−fy2次元無限周波数平面上で、原点を通り、傾きAが下記の式(28)で与えられる直線に変換される。

Figure 0005679904
First, the spectral image utilization type trajectory inclination specifying circuit 61 of the second-order phase coefficient variation estimation circuit 5 is configured so that any straight line having the same inclination on the image is obtained by performing a two-dimensional Fourier transform on the image. The inclination of the straight line on the original image is estimated using the property of Fourier transform that passes through the origin (DC component) and is projected into a straight line having an inclination depending on the inclination of the original straight line.
In general, a straight line having an inclination a on the xy two-dimensional infinite plane passes through the origin on an fx-fy two-dimensional infinite frequency plane obtained by performing two-dimensional Fourier transformation on the straight line with an inclination A of It is converted into a straight line given by equation (28).
Figure 0005679904

この関係は、2次元画像s(y,x)上の直線群の傾きa(図9(a)を参照)と、これを2次元フーリエ変換して得られるスペクトル画像S(fy,fx)上の直線の傾きA(図9(b)を参照)とにおいて、x方向の画素数Nxとy方向の画素数Nyが等しい特別な場合には同様に成立する。
x方向の画素数Nxとy方向の画素数Nyが異なる一般的な場合には、両傾きの関係は、各軸方向の空間分解能がそれぞれ1/Nx,1/Nyとなる影響を踏まえ、下記の式(29)で与えられる。

Figure 0005679904
This relationship is represented by the inclination a of the straight line group on the two-dimensional image s (y, x) (see FIG. 9A) and the spectrum image S (fy, fx) obtained by performing two-dimensional Fourier transform on this. In the special case where the number of pixels Nx in the x direction and the number of pixels Ny in the y direction are equal to the straight line slope A (see FIG. 9B).
In the general case where the number of pixels Nx in the x direction is different from the number of pixels Ny in the y direction, the relationship between the two slopes is based on the effect that the spatial resolution in each axial direction becomes 1 / Nx and 1 / Ny, respectively. Is given by equation (29).
Figure 0005679904

いずれにしても、スペクトル画像上の傾きが分かれば、上式の関係に基づいて、元の画像上の直線群の傾きaを算出することができる。
特に、スペクトル画像S(fy,fx)上で傾きを推定するメリットは、直線が定点(原点)を通るので、その定点を通る直線検出問題に簡単化して、傾きを推定できることである。
In any case, if the slope on the spectrum image is known, the slope a of the straight line group on the original image can be calculated based on the relationship of the above equation.
In particular, the merit of estimating the inclination on the spectrum image S (fy, fx) is that since the straight line passes through a fixed point (origin), it can be simplified to a straight line detection problem passing through the fixed point and the inclination can be estimated.

スペクトル画像利用型軌跡傾き特定回路61の軌跡傾き信頼度分布算出回路71は、以上を踏まえて、2次位相係数評価値分布が示す2次元画像の絶対値である振幅分布を2次元フーリエ変換してスペクトル画像を生成し、そのスペクトル画像の絶対値である振幅分布を取得する。
定点を通る直線の検出は、定点を通り、傾きが異なる経路に沿ったスペクトル画像の線積分結果のピーク検出によって実施することができる。
2次元画像上の直線群の傾きaとして予想される値を一つ以上用意して、各々に応じたスペクトル画像上の積分経路を積分経路群として設定する。
Based on the above, the trajectory slope reliability distribution calculation circuit 71 of the spectral image utilization type trajectory slope specifying circuit 61 performs two-dimensional Fourier transform on the amplitude distribution that is the absolute value of the two-dimensional image indicated by the secondary phase coefficient evaluation value distribution. A spectrum image is generated, and an amplitude distribution that is an absolute value of the spectrum image is acquired.
Detection of a straight line passing through a fixed point can be performed by detecting a peak of a line integration result of a spectrum image along a path that passes through the fixed point and has a different slope.
One or more expected values are prepared as the inclination a of the straight line group on the two-dimensional image, and the integration path on the spectrum image corresponding to each is set as the integration path group.

例えば、aの候補値をa_cand(ia)(ia=0,1,・・・,Na−1: Naはaの候補数)とする。
候補値として、acを中心とするWa幅の等間隔値とする場合、 a_cand(ia)は、下記の式(30)のように与えられる。
a_cand(ia)=ac+(Wa/Na)×(ia−1/2) (30)
候補値は、必ずしも等間隔値である必要はなく、a_cand(ia)として不等間隔な値を設定することも可能である。ただし、後段でa_cand(ia)が等間隔であることを想定した処理が存在する場合には、等間隔な値を設定する。
a_cand(ia)に対するスペクトル画像上の積分経路の傾きA_cand(ia)は、下記の式(31)で与えられる。
A_cand(ia)=−(Ny/Nx)1/a_cand(ia) (31)
For example, the candidate value of a is a_cand (ia) (ia = 0, 1,..., Na-1: Na is the number of candidates for a).
When a candidate value is an equally-spaced value of Wa width centered on ac, a_cand (ia) is given by the following equation (30).
a_cand (ia) = ac + (Wa / Na) × (ia−1 / 2) (30)
The candidate values are not necessarily equal intervals, and it is possible to set unequal intervals as a_cand (ia). However, if there is a process that assumes that a_cand (ia) is equally spaced in the subsequent stage, a value that is equally spaced is set.
The slope A_cand (ia) of the integration path on the spectrum image with respect to a_cand (ia) is given by the following equation (31).
A_cand (ia) =-(Ny / Nx) 1 / a_cand (ia) (31)

次に、軌跡傾き信頼度分布算出回路71は、fy方向の2Ny点の位置fy0(iy) (iy =0,1,・・・,2Ny−1)を下記の式(32)のように設定する。
fy0(iy)=iy−Ny (32)
また、スペクトル画像のfy方向の画素番号が0からNy−1で与えられると想定し、下記の式(33)でfy(iy)を取得する。
fy(iy)=fy0(iy) mod Ny (iy=0、1、…、2Ny−1) (33)
Next, the locus inclination reliability distribution calculation circuit 71 sets the position fy0 (ii) (ii = 0, 1,..., 2Ny−1) of the 2Ny point in the fy direction as shown in the following equation (32). To do.
fy0 (iy) = iy−Ny (32)
Further, assuming that the pixel number in the fy direction of the spectrum image is given by 0 to Ny−1, fy (iy) is obtained by the following equation (33).
fy (iy) = fy0 (iy) mod Ny (iy = 0, 1,..., 2Ny−1) (33)

次に、軌跡傾き信頼度分布算出回路71は、各iyに対するfx方向の画素番号fx(iy)を下記の式(34)で与える。
fx(iy)=(1/A_cand(ia))fy(iy)=−(Nx/Ny)a_cand(ia) (34)
これにより、2Ny組の(fx(iy),fy(iy))でスペクトル画像上の積分経路が設定される。
Next, the trajectory slope reliability distribution calculation circuit 71 gives the pixel number fx (iy) in the fx direction for each iy by the following equation (34).
fx (iiy) = (1 / A_cand (ia)) fy (iy) = − (Nx / Ny) a_cand (ia) (34)
Thereby, the integration path on the spectrum image is set with 2Ny sets of (fx (iy), fy (iy)).

軌跡傾き信頼度分布算出回路71は、スペクトル画像の振幅分布S(y,x)と、各a_cand(ia)に対する積分経路を設定する配列fx(iy),fy(iy)に基づいて、スペクトル画像の振幅分布の線積分を行う。
その際、fx(iy)の値が小数の場合があることを考慮して、fx(iy)に隣接する2つ画素番号の画素の値の線形補間により値を決定する。
まず、floor(Z)を実数Zの小数点以下を切り捨てるオペレータとして、 fx(iy)より小さい側と大きい側の画素番号fx_sml0(iy),fx_lrg0(iy)を下記の式(35),(36)で取得する。
fx_sml0(iy)=floor(fx(iy)) (35)
fx_lrg0(iy)=fx_sml0(iy)+1 (36)
The locus inclination reliability distribution calculation circuit 71 is based on the spectrum image amplitude distribution S (y, x) and the arrays fx (iy) and fy (iy) that set the integration path for each a_cand (ia). Perform line integral of the amplitude distribution of.
At this time, considering that the value of fx (iy) may be a decimal number, the value is determined by linear interpolation of the values of the pixels having two pixel numbers adjacent to fx (iy).
First, let floor (Z) be an operator that rounds off the decimal part of the real number Z. Pixel numbers fx_sml0 (iy) and fx_lrg0 (iy) smaller and larger than fx (iy) are expressed by the following equations (35), (36). Get in.
fx_sml0 (iy) = floor (fx (iy)) (35)
fx_lrg0 (iy) = fx_sml0 (iy) +1 (36)

また、線形補間に用いるための fx(iy)とfx_sml0(iy)、fx_lrg0(iy)までの距離d_sml(iy),d_lrg(iy)を下記の式(37),(38)で取得する。
d_sml(iy)=fx(iy)−fx_sml0(iy) (37)
d_lrg(iy)=1−d_sml(iy) (38)
fx_sml0(iy)とfx_lrg0(iy)が、0からNx−1の間の外の値を指す場合があることを踏まえ、下記の式(39),(40)により、それぞれに対応する画素番号fx_sml(iy),fx_lrg(iy)を取得する。
fx_sml(iy)=fx_sml0(iy) mod Nx (39)
fx_lrg(iy)=fx_lrg0(iy) mod Nx (40)
Further, distances d_sml (iy) and d_lrg (ii) from fx (iy) to fx_sml0 (iy) and fx_lrg0 (iy) to be used for linear interpolation are obtained by the following equations (37) and (38).
d_sml (iy) = fx (iy) −fx_sml0 (iy) (37)
d_lrg (ii) = 1−d_sml (ii) (38)
In consideration of the fact that fx_sml0 (iy) and fx_lrg0 (iy) may indicate values outside 0 to Nx−1, the following pixel numbers fx_sml are determined by the following equations (39) and (40). (Ii), fx_lrg (iy) is acquired.
fx_sml (ii) = fx_sml0 (ii) mod Nx (39)
fx_lrg (iiy) = fx_lrg0 (iy) mod Nx (40)

軌跡傾き信頼度分布算出回路71は、以上を踏まえて、傾きが様々に異なる経路に沿ったスペクトル画像の線積分を行う。
その際、線積分用画像としては、下記の(a)〜(c)に示す方法等が考えられる。
(a)S(fy,fx)をそのまま用いる方法
(b)S(fy、fx)の原点からfy方向に離れるほど、信号の大きさが小さくなって、傾きの検出感度が劣化してしまう場合を考慮し、S(fy,fx)の値を各fyにおいて、S(fy,*)(ここで、*は、スペクトル画像のfx方向の画素番号0からNx−1の全てを表す表現である)の最大値や2乗総和値等で正規化したスペクトル画像(以下、直線強調スペクトル画像)を用いる方法
(c)(b)と同様の目的で、各fyの2乗総和値でスペクトル画像を正規化するが、その際、後段の処理を考慮して、上記の正規化後の全スペクトル画像の画素の値を、さらに元のS(fy,fx)の全画素についての2乗総和値で割ったスペクトル画像(総電力保持直線強調スペクトル画像)を用いる方法
以下の説明では、(a)(b)(c)のいずれの方法で得られたスペクトル画像についても、スペクトル画像をS1(fy,fx)で表現する。
Based on the above, the locus inclination reliability distribution calculation circuit 71 performs line integration of spectral images along paths having different inclinations.
At this time, as the line integration image, the following methods (a) to (c) are conceivable.
(A) Method of using S (fy, fx) as it is (b) When the distance from the origin of S (fy, fx) in the fy direction is smaller, the magnitude of the signal becomes smaller and the inclination detection sensitivity deteriorates. S (fy, fx) in each fy, S (fy, *) (where * is an expression representing all of the pixel numbers 0 to Nx−1 in the fx direction of the spectrum image. ) For the same purpose as the methods (c) and (b) using the spectrum image normalized by the maximum value or the square sum value (hereinafter referred to as a straight-line enhanced spectrum image), and the like. In this case, in consideration of subsequent processing, the pixel values of the above-described normalized all-spectrum image are further converted into square sum values for all the original pixels of S (fy, fx). Divided spectral image (total power-maintaining straight-line enhanced spectral image) In the following description the method using, expressed in (a) (b) For even spectral images obtained by any of the methods (c), the spectral image S1 (fy, fx).

軌跡傾き信頼度分布算出回路71は、各iyに対する線積分用の値z(iy)を下記の式(41)で取得する。
z(iy)= S1(fy(iy)
,fx_sml(iy))×d_lrg(iy)+ S1(fy(iy)
,fx_lrg(iy))×d_sml(iy)
(41)
The trajectory slope reliability distribution calculation circuit 71 obtains a value z (iy) for line integration for each iy by the following equation (41).
z (iy) = S1 (fy (iy)
, Fx_sml (iy)) × d_lrg (iy) + S1 (fy (iy)
, Fx_lrg (iy)) × d_sml (iy)
(41)

この値z(iy)を全てのiyについて総和することで、a_cand(ia)に対する積分値が得られる。
この際も、単にそのまま総和するのみならず、例えば、原点付近の値を重視するなど、何らかの重みW(iy)を乗じて総和することも可能である。

Figure 0005679904
よって、以下では、軌跡傾き信頼度分布算出回路71が線積分値Z0を得るものとする。
なお、重みW(iy)については、その総和がある一定値Wtであり(ただし、Wt>0)、下記の式(43)を満足するように設定する。
Figure 0005679904
By integrating the value z (iy) for all iy, an integrated value for a_cand (ia) is obtained.
In this case as well, it is possible not only to simply add up the values as they are, but also to add up some weights W (iy), for example, to emphasize values near the origin.
Figure 0005679904
Therefore, in the following, it is assumed that the locus inclination reliability distribution calculation circuit 71 obtains the line integral value Z0.
The weight W (iy) is set so as to satisfy the following equation (43) because the sum is a certain constant value Wt (Wt> 0).
Figure 0005679904

特に、Wt=2Ny、W(iy)=1(iy=0,1,・・・,Ny)とした場合に、z(iy)をそのまま総和したのと同じ結果が得られる。Wtは、後段の処理において本質的な値ではなく、同じ処理をa_cand(ia)を変えて繰り返し処理する際に、同じ値に設定していればよい。   In particular, when Wt = 2Ny and W (iy) = 1 (iy = 0, 1,..., Ny), the same result is obtained as when z (iy) is summed as it is. Wt is not an essential value in the subsequent processing, but may be set to the same value when the same processing is repeatedly processed by changing a_cand (ia).

各a_cand(ia)によって定まる積分経路に沿って、以上の処理に基づいて得られる積分値Z0を、iaに対する配列Z0(ia)で表すものとする。
Z0(ia)の値は、積分経路がスペクトル画像上の軌跡に沿っていれば、言い換えると、a_cand(ia)が元の画像上の各軌跡の傾きに近ければ近いほど、高い値になる。
即ち、Z0(ia)の値が高い場合の傾きa_cand(ia)ほど、真の傾きaの候補値として、より確からしいとみなすことができる。この観点で、各a_cand(ia)についての上記Z(ia)を軌跡傾き信頼度分布と称する。
The integration value Z0 obtained based on the above processing along the integration path determined by each a_cand (ia) is represented by an array Z0 (ia) for ia.
The value of Z0 (ia) becomes higher as the integration path is along the locus on the spectral image, in other words, the closer a_cand (ia) is to the inclination of each locus on the original image.
That is, it can be considered that the inclination a_cand (ia) when the value of Z0 (ia) is high is more likely as a candidate value of the true inclination a. From this viewpoint, the Z (ia) for each a_cand (ia) is referred to as a locus inclination reliability distribution.

図10に示す軌跡傾き信頼度分布において、そのピーク位置が、真の傾きaになっていると期待される。
以上のようにして、軌跡傾き信頼度分布算出回路71では、軌跡の傾きに関する信頼度分布を取得する。
In the locus inclination reliability distribution shown in FIG. 10, the peak position is expected to be a true inclination a.
As described above, the trajectory slope reliability distribution calculation circuit 71 acquires the reliability distribution related to the trajectory slope.

信頼度分布最大位置特定器72は、軌跡傾き信頼度分布算出回路71が信頼度分布を取得すると、その信頼度分布の中で、信頼度が最大の積分経路の傾きを検出する。
即ち、信頼度分布最大位置特定器72は、一般的なピーク探索を実施することにより、上記のZ(ia)を最大とするiaを検出する。
When the trajectory slope reliability distribution calculation circuit 71 acquires the reliability distribution, the reliability distribution maximum position specifying unit 72 detects the inclination of the integration path having the maximum reliability in the reliability distribution.
That is, the reliability distribution maximum position locator 72 detects ia that maximizes Z (ia) by performing a general peak search.

軌跡傾き換算器73は、信頼度分布最大位置特定器72により検出されたiaに相当する軌跡傾き候補a_cand(ia)を得て、その軌跡傾き候補a_cand(ia)を傾きaの推定結果aestとして2次位相係数変化量算出回路62に出力する。
なお、傾きaの推定結果aestは、G(ds,ms)が入力画像の場合には、あくまで、ds方向に1セル進んだ間にms方向に進む画素数(小数も許容)である。
The trajectory slope converter 73 obtains a trajectory slope candidate a_cand (ia) corresponding to ia detected by the reliability distribution maximum position locator 72, and uses the trajectory slope candidate a_cand (ia) as an estimation result a est of the slope a. Is output to the secondary phase coefficient variation calculation circuit 62.
It should be noted that the estimation result a est of the inclination a is the number of pixels (decimal number is also acceptable) when G (d s , m s ) is an input image, and the cell advances in the m s direction while moving one cell in the d s direction ).

2次位相係数変化量算出回路62は、軌跡傾き換算器73から傾きaの推定結果aestを受けると、その推定結果aestを、前述のレンジ補間後のレンジピクセルスペーシングΔrsと、dsから2次位相係数への換算係数Δa2とを用いて、下記の式(44)により、2次位相係数のレンジに対する変化の割合である2次位相係数レンジ変化係数β2に換算する。

Figure 0005679904
Secondary phase coefficient change amount calculating circuit 62 receives the estimation result a est slope a from the trajectory inclination converted 73, the estimation result a est, and range pixel spacing [Delta] r s after the aforementioned range interpolation, d Using the conversion coefficient Δa 2 from s to the second-order phase coefficient, the second-order phase coefficient range change coefficient β 2 , which is the rate of change with respect to the range of the second-order phase coefficient, is converted by the following equation (44).
Figure 0005679904

回転角速度換算回路6は、2次位相係数変化量算出回路62が傾きaの推定結果aestを2次位相係数レンジ変化係数β2に換算すると、下記の式(45)によって、その2次位相係数レンジ変化係数β2を目標の等価的な回転運動の角速度の大きさ|ω|に換算する。

Figure 0005679904
この角速度の大きさ|ω|によって、前述のポーラーフォーマット法等における周波数平面上での信号の配置の角度を特定することができる。 When the rotational phase velocity conversion circuit 6 converts the estimation result a est of the inclination a into the secondary phase coefficient range change coefficient β 2 by the secondary phase coefficient change amount calculation circuit 62, the secondary phase is calculated by the following equation (45). The coefficient range change coefficient β 2 is converted into a target equivalent rotational motion angular velocity magnitude | ω |.
Figure 0005679904
The angle of signal arrangement on the frequency plane in the above-described polar format method or the like can be specified by the magnitude of this angular velocity | ω |.

2次位相係数考慮ゼロ交差レンジ推定回路7は、回転中心が備えるべき性質である「2次位相係数が0」となるレンジを推定し、このレンジを現在の回転中心のレンジとみなすようにする。また、後段の画像再生のために、このレンジを0レンジにするためのレンジ補償量を推定する。
即ち、2次位相係数考慮ゼロ交差レンジ推定回路7の傾き固定線積分型ゼロ交差レンジ推定回路81は、レンジセル毎2次位相係数候補評価回路4より出力された2次位相係数評価値分布G(ds,ms)に対して、両軸方向のスケーリングを考慮した傾きが式(44)に示す2次位相係数レンジ変化係数β2であり、かつ、2次位相係数が0となるレンジが様々に異なる複数の積分経路を設定し、各積分経路に沿った線積分を実施する。
The zero-crossing range estimation circuit 7 in consideration of the secondary phase coefficient estimates a range in which “the secondary phase coefficient is 0”, which is a property that the rotation center should have, and regards this range as the current rotation center range. . In addition, a range compensation amount for making this range 0 is estimated for the subsequent image reproduction.
That is, the fixed slope integral zero-crossing range estimation circuit 81 of the zero-crossing range estimation circuit 7 in consideration of the secondary phase coefficient 7 outputs the secondary phase coefficient evaluation value distribution G () output from the secondary phase coefficient candidate evaluation circuit 4 for each range cell. d s , m s ), the slope considering the scaling in both axial directions is the secondary phase coefficient range change coefficient β 2 shown in the equation (44), and the range where the secondary phase coefficient is 0 is A plurality of different integration paths are set, and line integration along each integration path is performed.

傾き固定線積分型ゼロ交差レンジ推定回路81は、各積分経路に沿った線積分を実施した結果、線積分の値が最大となる積分経路では、軌跡と一致していると考え、その積分経路において、2次係数が0となるレンジを、2次位相係数が0となるレンジ(ゼロ交差レンジ)とみなし、そのレンジを0次レンジ補償回路8に出力する。   The slope fixed line integration type zero-crossing range estimation circuit 81 considers that the integration path where the value of the line integration becomes the maximum coincides with the locus as a result of performing the line integration along each integration path. 2, the range where the secondary coefficient is 0 is regarded as the range where the secondary phase coefficient is 0 (zero-crossing range), and the range is output to the 0th-order range compensation circuit 8.

0次レンジ補償回路8は、2次位相係数考慮ゼロ交差レンジ推定回路7から2次位相係数が0となるレンジを受けると、そのレンジが0になるように、並進運動補償回路2により距離変化が補償されたレンジヒストリを補償する。
即ち、0次レンジ補償回路8は、並進運動補償回路2により距離変化が補償されたレンジヒストリs2(h,m)において、2次位相係数考慮ゼロ交差レンジ推定回路7から出力されたレンジが0になるように、全ヒットに渡って補償する。その補償結果を配列srot(h,m)に格納する。
When the zero-order range compensation circuit 8 receives a range in which the secondary phase coefficient is zero from the zero-crossing range estimation circuit 7 in consideration of the secondary phase coefficient, the translational compensation circuit 2 changes the distance so that the range becomes zero. Compensates for the compensated range history.
That is, the zero-order range compensation circuit 8 uses the range output from the zero-crossing range estimation circuit 7 in consideration of the second-order phase coefficient in the range history s 2 (h, m) in which the distance change is compensated by the translational motion compensation circuit 2. Compensate over all hits to be zero. The compensation result is stored in the array s rot (h, m).

なお、レンジヒストリs2(h,m)においては、既に並進運動によるレンジ変化の影響が補償されている。特に1次の位相変化を補償することで、回転中心が備えるべき条件の一つである「レンジ変化が0」のクロスレンジ上の点が、0ドップラーセルに配置されている。
また、回転中心が備えるべきもう一つの条件である「2次位相係数が0(言い換えると、観測中のドップラー周波数の変化が0)」となるレンジを0レンジに配置することで、「レンジ変化が0、かつ、2次位相係数が0」、言い換えると、観測中の画像上の移動が0の位置、即ち、回転中心をゼロドップラーに配置できる効果がある。
In the range history s 2 (h, m), the influence of the range change due to the translational motion is already compensated. In particular, by compensating for the first-order phase change, a point on the cross range where “range change is 0”, which is one of the conditions that the rotation center should have, is arranged in the 0 Doppler cell.
In addition, by arranging the range in which “the secondary phase coefficient is 0 (in other words, the change in the Doppler frequency being observed is 0)”, which is another condition that the rotation center should have, in the 0 range, Is 0 and the secondary phase coefficient is 0 ”, in other words, there is an effect that the position on the image being observed is 0, that is, the center of rotation can be arranged at zero Doppler.

回転考慮レーダ画像生成回路9は、回転角速度換算回路6により推定された角速度に基づいて、回転を考慮した画像再生を行うことで、0次レンジ補償回路8による補償後のレンジヒストリから、画像の両軸が物理的な長さの軸にスケーリングされているレーダ画像を生成する。
即ち、回転考慮レーダ画像生成回路9は、並進運動の補償後に、回転中心のレンジが補償されたレンジヒストリを、一般的なポーラーフォーマット法のように、回転を考慮した方法で画像再生することで、回転の影響により発生したぼけが正しく補償され、かつ、正しくクロスレンジスケーリングがなされているレーダ画像を生成する。
The rotation-considering radar image generation circuit 9 performs image reproduction in consideration of rotation based on the angular velocity estimated by the rotation angular velocity conversion circuit 6, thereby obtaining an image from the range history after compensation by the zero-order range compensation circuit 8. A radar image is generated in which both axes are scaled to a physical length axis.
In other words, the rotation-considered radar image generation circuit 9 reproduces an image of the range history in which the range of the rotation center is compensated after the translational motion is compensated by a method that considers the rotation like a general polar format method. A radar image in which blur caused by the influence of rotation is correctly compensated and cross range scaling is correctly performed is generated.

以下、回転考慮レーダ画像生成回路9の処理内容を具体的に説明する。
回転考慮レーダ画像生成回路9は、並進運動の影響と、回転中心のレンジずれが完全に補償されたと期待されるレンジヒストリ(配列srot(h,m)に格納されているレンジヒストリ)をレンジ方向にフーリエ変換してレンジプロフィールのスペクトルに関するヒストリ(レンジスペクトルヒストリ)であるu(h,n)(n=−M/2,・・・,M/2−1)を取得する。
このレンジスペクトルを周波数空間で、送信パルスの中間周波数及び帯域幅と、回転により変化する角度η(h)(目標固定座標系でのレーダから回転中心を見た方向の角度)に応じた位置に配置する。
ここで、η(h)は、下記の式(46)で表される。

Figure 0005679904
The processing contents of the rotation-considering radar image generation circuit 9 will be specifically described below.
The rotation-considering radar image generation circuit 9 sets the range history (range history stored in the array s rot (h, m)) that is expected to be completely compensated for the influence of translational motion and the range shift of the rotation center. U (h, n) (n = −M / 2,..., M / 2-1) which is a history (range spectrum history) regarding the spectrum of the range profile is obtained by Fourier transform in the direction.
This range spectrum is positioned in the frequency space at a position corresponding to the intermediate frequency and bandwidth of the transmission pulse and the angle η (h) that changes due to rotation (the angle in the direction of the rotation center viewed from the radar in the target fixed coordinate system). Deploy.
Here, η (h) is expressed by the following formula (46).
Figure 0005679904

ここで、第nレンジスペクトルセルにおける周波数をf(n)として、例えば、中心周波数をfc、送信帯域幅をBとすると、第nレンジスペクトルセルにおける周波数f(n)は、下記の式(47)のように表される。

Figure 0005679904
Here, assuming that the frequency in the n-th spectrum cell is f (n), for example, the center frequency is f c and the transmission bandwidth is B, the frequency f (n) in the n-th spectrum cell is given by the following formula ( 47).
Figure 0005679904

回転考慮レーダ画像生成回路9は、レンジスペクトルヒストリu(h,n)を、公知の「Central Slice Theorem」を根拠に、fr−fc周波数平面上で、n,h毎に下記の式(48)で定まる位置に曲座標配置する。

Figure 0005679904
Rotation consideration radar image generating circuit 9, range spectrum history u (h, n) and, on the grounds of "Central Slice Theorem" known, f r -f c on frequency plane, n, the following formula for each h ( The music coordinates are arranged at the position determined by 48).
Figure 0005679904

以上により、目標の反射強度に関する周波数分布が得られる。
この周波数分布を適切な位置の矩形グリッドでリサンプリングして、これを2次元逆フーリエ変換することで、時間平面における目標の反射強度分布が得られる。
この画像の両軸を既知の(高速/2)倍することで、物理的な長さの軸にすることができる。即ち、クロスレンジスケーリングが実現されたレーダ画像が得られる。
そして、このレーダ画像においては、上記周波数平面での一連の処理の効果で、回転によるぼけが補償されている。
As described above, the frequency distribution regarding the target reflection intensity is obtained.
By re-sampling this frequency distribution with a rectangular grid at an appropriate position and subjecting it to a two-dimensional inverse Fourier transform, a target reflection intensity distribution in the time plane can be obtained.
By multiplying both axes of this image by a known (high speed / 2), it is possible to obtain a physical length axis. That is, a radar image in which cross range scaling is realized is obtained.
In this radar image, blur due to rotation is compensated by the effect of a series of processes on the frequency plane.

この実施の形態1では、以上のような構成を採用することにより、以下の効果を奏することができる。
[1]
並進運動の補償処理において、特に、一般的には補償を必要としない1次の位相変化を補償するので、並進運動後にレンジ変化が0になったクロスレンジレンジ上の点をゼロドップラーセルに配置することができるようになり、以下の効果が得られる。
In the first embodiment, by adopting the above configuration, the following effects can be obtained.
[1]
In the compensation process for translational motion, in particular, since the first-order phase change that generally does not require compensation is compensated, the point on the cross range where the range change becomes 0 after translational motion is placed in the zero Doppler cell. The following effects can be obtained.

(a1)
従来方法2に基づいて、回転によるレンジ移動を補償する際には、回転中心のドップラーセルを基準とする各ドップラー位置に応じて補償量を変える必要があった。そのため、回転中心がどのドップラーセルに位置するかを知る必要があった。
しかし、従来方法2では、単に並進運動が完全に記載されていると仮定すると述べられているのみで、回転中心のドップラーセルを知る方法や、0ドップラー周波数に配置する方法が具体的に開示されていない。
しかし、この実施の形態1では、上記の処理により、これを具体的に実現することができる。
なお、1次の位相変化を補償する代わりに、回転中心が、その位相変化相応のドップラーシフトがなされていると考えて、各ドップラーセルにおける上記補償において、各ドップラー周波数をこのシフトの分だけ補正して補償することも可能であるが、この実施の形態1で示した方法と本質的な相違は無い。
(A1)
When the range movement due to rotation is compensated based on the conventional method 2, it is necessary to change the compensation amount according to each Doppler position based on the Doppler cell at the center of rotation. Therefore, it is necessary to know which Doppler cell the rotation center is located in.
However, in the conventional method 2, it is merely stated that the translational motion is completely described, and a method of knowing the Doppler cell at the center of rotation and a method of arranging at the 0 Doppler frequency are specifically disclosed. Not.
However, in the first embodiment, this can be specifically realized by the above processing.
Instead of compensating for the first-order phase change, the center of rotation assumes that a Doppler shift corresponding to the phase change is made, and in the above compensation in each Doppler cell, each Doppler frequency is corrected by this shift. However, there is no essential difference from the method shown in the first embodiment.

(a2)
後段の回転を考慮した画像再生においては、レーダと回転中心は固定されている必要がある。この処理により、回転中心のドップラー周波数相当の移動を補償して回転中心が固定という条件の達成に寄与している。
従来方法1であるポーラーフォーマット法は、基本的に、レーダと目標の間の相対運動をかなり精度良く把握できているときの方法であり、相対運動の情報が既知情報として精度良く与えられることが期待できない場合においては、このような補償は困難であった。
(A2)
In the image reproduction considering the subsequent rotation, the radar and the rotation center need to be fixed. This process compensates for the movement of the rotation center corresponding to the Doppler frequency and contributes to the achievement of the condition that the rotation center is fixed.
The polar format method, which is the conventional method 1, is basically a method when the relative motion between the radar and the target can be grasped with considerably high accuracy, and the relative motion information can be given as known information with high accuracy. Such compensation was difficult in cases where it could not be expected.

[2]
この実施の形態1では、レンジセル毎の2次位相係数を推定する際、各レンジにおける各候補値についての評価値全体の分布を用いて、2次位相係数のレンジに対する変化を推定しているので、その精度を高くすることができる効果がある。
これに対して、従来方法2では、各レンジにおける評価値の最大位置のみに基づいて推定することに相当する。よって、干渉等の影響による外れ値の影響を受け易く、推定精度が低い問題があった。
[2]
In the first embodiment, when estimating the secondary phase coefficient for each range cell, the change of the secondary phase coefficient with respect to the range is estimated using the distribution of the entire evaluation value for each candidate value in each range. There is an effect that the accuracy can be increased.
On the other hand, the conventional method 2 corresponds to estimation based on only the maximum position of the evaluation value in each range. Therefore, there is a problem that the estimation accuracy is low due to being easily affected by an outlier due to interference or the like.

[3]
レンジ毎の2次位相係数を推定する際、信号をレンジ方向に補間しているため、反射点の真のレンジと、その反射点が所属するレンジセルの中心との差を小さくできる。
これにより、レンジセル毎に、2次位相係数の推定に関する評価指標を算出する際、上記のレンジ差に基づく誤差の発生を低減することができる。
同様に、レンジセル毎に、類似の処理を行う従来方法2では、このような工夫が施されていないので、これに基づく誤差が低減されていない問題がある。
[3]
When estimating the secondary phase coefficient for each range, since the signal is interpolated in the range direction, the difference between the true range of the reflection point and the center of the range cell to which the reflection point belongs can be reduced.
Thereby, when calculating the evaluation index related to the estimation of the secondary phase coefficient for each range cell, it is possible to reduce the occurrence of an error based on the above range difference.
Similarly, in the conventional method 2 in which similar processing is performed for each range cell, since such a device is not applied, there is a problem that an error based on this is not reduced.

[4]
2次位相係数のレンジ変化の係数を推定する際、この問題を画像上の直線(群)の傾き推定問題に帰着させ、さらに、フーリエ変換の性質を利用することで、これを既知の定点を通る直線の検出問題に簡単化して問題を解くようにしているので、2次位相係数のレンジ変化の係数を高精度に安定して推定することができる。
これに対し、従来方法では、最大位置の情報のみに基づいて推定を行い、その最大位置は、目標上の反射点分布によっては、反射点間の干渉等の影響を受けて、真の位置とは大きく異なる位置に発生することもある。このような場合に、外れ値を検出・除去して、再度推定を行っても、情報量の更なる欠落によって推定精度が劣化する。また、外れ値の発生頻度が増えれば、除去自体が困難になる問題がある。
この実施の形態1では、たまたま、あるレンジで真値とは異なる位置に最大値が発生した場合にも、真値に存在するある程度高いピークの情報(最大ではなくても、ある程度高いピークの情報)を利用して、精度劣化を極力抑えることができる。
[4]
When estimating the coefficient of the range change of the secondary phase coefficient, this problem is reduced to the problem of estimating the slope of the straight line (group) on the image, and by using the property of Fourier transform, this is converted to a known fixed point. Since the problem is solved by simplifying the problem of detecting a straight line that passes through, the coefficient of the range change of the secondary phase coefficient can be stably estimated with high accuracy.
On the other hand, in the conventional method, estimation is performed based only on the information on the maximum position, and the maximum position depends on the reflection point distribution on the target and is affected by interference between the reflection points. May occur in very different positions. In such a case, even if outliers are detected and removed and estimation is performed again, the estimation accuracy deteriorates due to further lack of information. Further, if the frequency of occurrence of outliers increases, there is a problem that removal itself becomes difficult.
In the first embodiment, even if a maximum value occurs at a position different from the true value in a certain range, the information on a certain high peak existing in the true value (the information on a certain high peak even if not the maximum) ) Can be used to minimize degradation of accuracy.

[5]
従来方法を記載している非特許文献では、2次位相係数と、レンジ位置の関係から回転角速度を推定できることが示唆されている。
しかし、これは、実際には、あるレンジ位置の回転中心を基準とするレンジと、その2次位相係数の組があって定まる話であり、その実現に向けては、回転中心のレンジが既知である必要がある。この回転中心のレンジは、未知であることから、実際は、非特許文献で示唆された方法は実現困難である。
これに対して、この実施の形態1では、 2次位相係数のレンジ変化から回転角速度を求めており、未知である回転中心のレンジを必要とせずに、回転角速度を推定することができる効果がある。
[5]
Non-patent documents describing conventional methods suggest that the rotational angular velocity can be estimated from the relationship between the secondary phase coefficient and the range position.
However, this is actually a story that is determined by the combination of a range based on the center of rotation at a certain range position and its secondary phase coefficient. For this purpose, the range of the center of rotation is known. Need to be. Since the range of the rotation center is unknown, the method suggested in the non-patent literature is actually difficult to realize.
On the other hand, in the first embodiment, the rotational angular velocity is obtained from the range change of the secondary phase coefficient, and the rotational angular velocity can be estimated without requiring an unknown rotational center range. is there.

[6]
従来方法1であるポーラーフォーマット法を実現するためには、回転中心をゼロレンジに固定した上で処理する必要があるが、この具体的な実現方法は、特にレーダと目標の間の相対運動が未知である状況においては示されておらず、実際は、回転を考慮した高精度な画像化を行うことは困難である。
これに対して、この実施の形態1では、先に述べた1次位相変化の補償により、回転中心が満たすべき条件の一つであるレンジの変化が0であるクロスレンジ、即ち、回転中心が含まれるクロスレンジを0ドップラーに配置するため、クロスレンジのドップラー周波数に相当するラジアル速度まで0にしている。
さらに、回転中心が満たすべき別の条件である「回転運動によって発生する2次の位相係数が0のレンジ」を、先に述べた評価値分布上において、傾きが既に定まった2次位相係数レンジ係数で定まり、切片の異なる複数の経路に沿った線積分結果の最大値探索により推定することも実現できる。即ち、回転中心のレンジ特定できる。
よって、このレンジをゼロとするような補償が実現されるので、回転運動を考慮した画像再生で必要となる回転中心のレンジを0に完全に固定する補償が実現される。
[6]
In order to realize the polar format method which is the conventional method 1, it is necessary to perform processing after fixing the rotation center to the zero range. In this specific implementation method, in particular, the relative motion between the radar and the target is unknown. However, in reality, it is difficult to perform high-precision imaging in consideration of rotation.
On the other hand, in the first embodiment, the compensation of the first-order phase change described above results in a cross range in which the range change, which is one of the conditions to be satisfied by the rotation center, that is, the rotation center is In order to arrange the included cross range at 0 Doppler, the radial speed corresponding to the Doppler frequency of the cross range is set to 0.
Furthermore, the second phase coefficient range in which the slope is already determined in the evaluation value distribution described above, which is another condition that the rotation center should satisfy, “the range where the second-order phase coefficient generated by rotational motion is 0”. The estimation can be realized by searching for the maximum value of the line integration results along a plurality of paths determined by coefficients and having different intercepts. That is, the range of the rotation center can be specified.
Therefore, since compensation that makes this range zero is realized, compensation that completely fixes the range of the center of rotation necessary for image reproduction considering rotational motion to zero is realized.

[7]
これまで述べた回転角速度の推定と、回転中心のレンジを0に完全に固定する補償の実現により、これらを用いた回転運動を考慮した画像再生を実現することができる効果がある。
即ち、従来方法1では、特に相対運動が未知な状況において、実際には画像を再生できないか、未知量の推定誤差が大き過ぎて低画質な画像しか生成できなかった問題を解決できる利点がある。
[7]
The above-described estimation of the rotational angular velocity and the realization of the compensation for completely fixing the rotation center range to zero have the effect of realizing image reproduction in consideration of the rotational motion using these.
That is, the conventional method 1 has an advantage that it can solve the problem that an image cannot be actually reproduced or a low-quality image can be generated due to an unknown estimation error being too large, particularly in a situation where the relative motion is unknown. .

[8]
従来方法2では、回転運動の情報を知ることなく、回転に基づくレンジ変化の補償とドップラー周波数変化の補償を多段的に処理して、回転による画像のぼけの補償を実現しているが、これは実際の運動を近似モデルに置き換えた上で実現しているので、この近似に基づく信号の歪みを引き起こし、画質が低下する可能性がある。
この実施の形態1では、従来方法2と類似の方法を回転の推定、回転中心の固定のみに利用しており、実際の画像化は回転を考慮した精密な方法で実現しているので、従来方法2で発生するようなタイプの画質の劣化は生じない効果がある。
[8]
In the conventional method 2, the compensation of the range change based on the rotation and the compensation of the Doppler frequency change are processed in multiple stages without knowing the information of the rotational motion, and the compensation of the image blur due to the rotation is realized. Is realized by replacing the actual motion with an approximate model, which may cause signal distortion based on this approximation and reduce image quality.
In the first embodiment, a method similar to the conventional method 2 is used only for estimating the rotation and fixing the rotation center, and actual imaging is realized by a precise method considering the rotation. There is an effect that the type of image quality degradation that occurs in the method 2 does not occur.

[9]
従来方法2では、回転により発生するぼけの補償はできるものの、クロスレンジスケーリングは実現できない。
これに対して、この実施の形態1では、回転により発生するぼけの補償に加え、クロスレンジスケーリングまでも実現することができる。
[9]
Conventional method 2 can compensate for blur caused by rotation, but cannot realize cross-range scaling.
On the other hand, in the first embodiment, it is possible to realize not only compensation for blur caused by rotation but also cross range scaling.

実施の形態2.
図11はこの発明の実施の形態2による画像レーダ装置を示す構成図であり、図において、図1と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
2次位相係数考慮前補正型ゼロ交差レンジ推定回路10は2次位相係数評価値分布と、2次位相係数レンジ変化係数の推定結果とに基づいて、2次位相係数が0となるレンジを推定し、さらに、その推定結果に基づいて、2次位相係数が0となるレンジを0レンジにするための補償量を算出する回路である。
Embodiment 2. FIG.
11 is a block diagram showing an image radar apparatus according to Embodiment 2 of the present invention. In the figure, the same reference numerals as those in FIG.
The correction type zero-crossing range estimation circuit 10 before considering the secondary phase coefficient estimates the range where the secondary phase coefficient is 0 based on the distribution of the secondary phase coefficient evaluation value and the estimation result of the secondary phase coefficient range change coefficient. Further, this is a circuit for calculating a compensation amount for setting the range where the secondary phase coefficient is 0 to 0 range based on the estimation result.

図12はこの発明の実施の形態2による画像レーダ装置の2次位相係数考慮前補正型ゼロ交差レンジ推定回路10を示す構成図である。
図12において、前処理補正総和型ゼロ交差レンジ推定回路91はスペクトル画像利用型軌跡傾き特定回路61により推定された直線の傾きがaであり、事前に設定された画像の一軸(例えば、縦軸y)に添った座標が0となる位置を通る際の他の一軸(例えば、横軸x)上の座標(軌跡をy=a(x+x0)で表される場合のx0)であるゼロ交差点を推定するために、直線の傾きaに基づいて、レンジセル毎2次位相係数候補評価回路4から出力された2次位相係数評価値分布が示す2次元画像上の軌跡の傾きが0になるように補正し、補正後の2次元画像をx軸に総和して、各々のyの総和値を最大とするyの値y0からゼロ交差点を推定する回路である。
FIG. 12 is a block diagram showing the zero-crossing range estimation circuit 10 before correction of the second-order phase coefficient in the image radar apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.
In FIG. 12, the preprocessing correction summation type zero-crossing range estimation circuit 91 has a straight line inclination a estimated by the spectral image utilization type locus inclination specifying circuit 61, and one axis (for example, vertical axis) set in advance. A zero-crossing point that is a coordinate (x0 when the locus is represented by y = a (x + x0)) on another axis (for example, the horizontal axis x) when passing through a position where the coordinate along y) is 0 In order to estimate, the inclination of the locus on the two-dimensional image indicated by the secondary phase coefficient evaluation value distribution output from the secondary phase coefficient candidate evaluation circuit 4 for each range cell becomes 0 based on the slope a of the straight line. This is a circuit that corrects, sums up the corrected two-dimensional image on the x-axis, and estimates the zero-crossing point from the y value y0 that maximizes the total value of each y.

次に動作について説明する。
この実施の形態2と上記実施の形態1では、ゼロ交差レンジを推定する方法が異なっている。
2次位相係数評価値分布が示す2次元画像上の軌跡が、x−y平面において、y=a(x+x0)で表せる場合のx0を推定する問題において、
この実施の形態2では、x=0の位置を中心に、y’=y−axとなるように、各々のx毎に、何らかの方法で全画素を−axだけ平行移動させている。
その際、画像の端部から出た画素は、循環シフトの要領で、そのまま反対側の端に移動させる。以上は一般的な1次のレンジ補償等で出てくる処理である。
Next, the operation will be described.
The method of estimating the zero-crossing range is different between the second embodiment and the first embodiment.
In the problem of estimating x0 when the trajectory on the two-dimensional image indicated by the secondary phase coefficient evaluation value distribution can be expressed by y = a (x + x0) on the xy plane,
In the second embodiment, all pixels are translated by −ax by some method for each x so that y ′ = y−ax, with the position of x = 0 as the center.
At that time, the pixels coming out from the end of the image are moved to the opposite end as they are in the manner of cyclic shift. The above is a process that appears in general primary range compensation.

補償後の画像において、元の軌跡はy’=ax0で表される。
よって、求めたいゼロ交差レンジx0は、補償後の画像をx方向に総和した分布において、その値のピークとなるyであるymaxを用いて、下記の式(49)のように表される。
x0=ymax/a (49)
In the compensated image, the original trajectory is represented by y ′ = ax0.
Therefore, the zero-crossing range x0 to be obtained is expressed by the following equation (49) using y max that is y that is the peak of the value in the distribution obtained by summing the compensated image in the x direction. .
x0 = y max / a (49)

前処理補正総和型ゼロ交差レンジ推定回路91では、以上の原理に基づいてゼロ交差レンジを推定して、そのゼロ交差レンジを0次レンジ補償回路8に出力する。
これ以外の処理は、上記実施の形態1と同じである。
The preprocessing correction sum type zero-crossing range estimation circuit 91 estimates the zero-crossing range based on the above principle and outputs the zero-crossing range to the zero-order range compensation circuit 8.
Other processes are the same as those in the first embodiment.

この実施の形態2の構成を採用することにより、上記実施の形態1と同様の効果を奏することができる。
また、上記実施の形態1と比較した場合の効果としては、ゼロ交差レンジの推定に用いる評価指標分布を、一般的な1次のレンジ補償相当の処理と、配列の一軸方向の総和で得ることができるので、容易に構成でき、かつ、処理負荷も低減できる可能性があることが挙げられる。
By adopting the configuration of the second embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be obtained.
Further, as an effect when compared with the first embodiment, the evaluation index distribution used for estimating the zero-crossing range is obtained by processing equivalent to general first-order range compensation and the summation in the uniaxial direction of the array. Therefore, it can be easily configured and the processing load may be reduced.

実施の形態3.
図13はこの発明の実施の形態3による画像レーダ装置を示す構成図であり、図において、図1と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
2次位相係数基準ゼロ交差レンジ推定回路11はレンジセル毎2次位相係数候補評価回路4から出力された2次位相係数評価値分布に基づいて各レンジの2次位相係数を推定し、各レンジの2次位相係数の中で、2次位相係数が最も0に近くなっているレンジがゼロ交差レンジであると判定して、そのレンジを0次レンジ補償回路8に出力する回路である。
Embodiment 3 FIG.
13 is a block diagram showing an image radar apparatus according to Embodiment 3 of the present invention. In the figure, the same reference numerals as those in FIG.
The secondary phase coefficient reference zero-crossing range estimation circuit 11 estimates the secondary phase coefficient of each range based on the secondary phase coefficient evaluation value distribution output from the secondary phase coefficient candidate evaluation circuit 4 for each range cell. This is a circuit that determines that the range in which the secondary phase coefficient is closest to 0 among the secondary phase coefficients is the zero-crossing range, and outputs the range to the zero-order range compensation circuit 8.

次に動作について説明する。
上記実施の形態1,2で、2次位相係数評価値分布が示す2次元画像上の軌跡の傾きを利用して、ゼロ交差レンジを推定するものを示したが、この実施の形態3では、2次位相係数評価値分布から求まる各レンジの2次位相係数(各レンジにおいて、評価値を最大とする2次位相係数の候補値)だけを見て、その2次位相係数が0に最も近くなるレンジセルをゼロ交差レンジと推定するようにしている。
Next, the operation will be described.
In the first and second embodiments, the zero crossing range is estimated using the inclination of the locus on the two-dimensional image indicated by the secondary phase coefficient evaluation value distribution. In the third embodiment, By looking only at the secondary phase coefficient of each range obtained from the secondary phase coefficient evaluation value distribution (candidate value of the secondary phase coefficient that maximizes the evaluation value in each range), the secondary phase coefficient is closest to 0. The range cell is estimated as the zero-crossing range.

即ち、2次位相係数基準ゼロ交差レンジ推定回路11は、2次位相係数評価値分布から求まる各レンジの2次位相係数を比較し、2次位相係数が最も0に近くなっているレンジを特定する。
そして、そのレンジがゼロ交差レンジであると判定して、そのレンジを0次レンジ補償回路8に出力する。
これ以外の処理は、上記実施の形態1,2と同じである。
That is, the secondary phase coefficient reference zero-crossing range estimation circuit 11 compares the secondary phase coefficients of the respective ranges obtained from the secondary phase coefficient evaluation value distribution, and specifies the range where the secondary phase coefficient is closest to 0. To do.
Then, it is determined that the range is a zero-crossing range, and the range is output to the 0th-order range compensation circuit 8.
The other processes are the same as those in the first and second embodiments.

この実施の形態3の構成を採用することにより、上記実施の形態1,2と同様の効果を奏することができる。
また、上記実施の形態1,2と比較した場合の効果としては、ゼロ交差レンジを推定する際に、前段で推定された2次位相係数評価値分布が示す2次元画像上の軌跡の傾きに基づく、2次位相係数評価値分布の線積分処理(実施の形態1)や、補償と総和処理(実施の形態2)を実施する必要がないので、処理負荷が低減され、かつ、回路も簡単化される効果を奏することができる。
By adopting the configuration of the third embodiment, the same effects as those of the first and second embodiments can be obtained.
In addition, as an effect when compared with the first and second embodiments, when estimating the zero-crossing range, the inclination of the trajectory on the two-dimensional image indicated by the secondary phase coefficient evaluation value distribution estimated in the previous stage is shown. Since it is not necessary to perform the line integration process (Embodiment 1) of the second-order phase coefficient evaluation value distribution and the compensation and summation process (Embodiment 2), the processing load is reduced and the circuit is simple. The effect which is made can be produced.

実施の形態4.
図14はこの発明の実施の形態4による画像レーダ装置を示す構成図であり、図において、図1と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
並進補償後レンジヒストリ基準ゼロ交差レンジ推定回路12は並進運動補償回路2により距離変化が補償されたレンジヒストリを参照して、回転運動により発生するレンジ移動が最小のレンジを推定し、そのレンジをゼロ交差レンジとして0次レンジ補償回路8に出力する回路である。
Embodiment 4 FIG.
14 is a block diagram showing an image radar apparatus according to Embodiment 4 of the present invention. In the figure, the same reference numerals as those in FIG.
The range history reference zero crossing range estimation circuit 12 after translation compensation refers to the range history in which the distance change is compensated by the translation motion compensation circuit 2, estimates the range where the range movement caused by the rotational motion is minimum, and calculates the range. This circuit outputs the zero-crossing range to the zero-order range compensation circuit 8.

次に動作について説明する。
並進補償後レンジヒストリ基準ゼロ交差レンジ推定回路12は、並進運動補償回路2から並進運動補償後のレンジヒストリを受けると、そのレンジヒストリをレンジ方向に区分的な領域(レンジ方向の重複許容)に分割する。
並進補償後レンジヒストリ基準ゼロ交差レンジ推定回路12は、各区分領域において、一般的な並進運動補償で実施されるレンジセルの移動量推定処理を実施する。
Next, the operation will be described.
When the range history after translation compensation based zero-crossing range estimation circuit 12 receives the range history after translation motion compensation from translation motion compensation circuit 2, the range history is divided into range areas in the range direction (overlapping in the range direction). To divide.
The post-translation-compensated range history reference zero-crossing range estimation circuit 12 performs a range cell movement amount estimation process performed in general translational motion compensation in each segmented region.

移動量がゼロとなるレンジの区分領域内には、ゼロクロスレンジが存在すると考えることができる。
区分領域内のゼロ交差レンジについては、その区分領域内のレンジヒストリの振幅値をヒット方向に総和(または、電力比較の観点では、2乗和)して得られる分布において、値が最大となるレンジ、または、分布形状が最も鋭くなったピーク位置として得ることができる。
It can be considered that the zero cross range exists in the divided region of the range where the movement amount becomes zero.
For the zero-crossing range in the segmented area, the value is the maximum in the distribution obtained by summing the amplitude values of the range history in the segmented area in the hit direction (or the sum of squares in terms of power comparison). It can be obtained as a peak position where the range or the distribution shape becomes sharpest.

そこで、並進補償後レンジヒストリ基準ゼロ交差レンジ推定回路12は、区分領域内のレンジヒストリの振幅値をヒット方向に総和して得られる分布において、値が最大となるレンジがゼロ交差レンジであると推定する。あるいは、分布形状が最も鋭いピーク位置のレンジがゼロ交差レンジであると推定する。
並進補償後レンジヒストリ基準ゼロ交差レンジ推定回路12は、推定したゼロ交差レンジを0次レンジ補償回路8に出力する。
並進補償後レンジヒストリ基準ゼロ交差レンジ推定回路12以外の処理は、上記実施の形態1と同じである。
Therefore, the post-translationally compensated range history reference zero-crossing range estimation circuit 12 determines that the range in which the value is maximum is the zero-crossing range in the distribution obtained by summing the amplitude values of the range history in the segmented region in the hit direction. presume. Alternatively, it is estimated that the range of the peak position with the sharpest distribution shape is the zero crossing range.
The range history reference zero-crossing range estimation circuit 12 after translation compensation outputs the estimated zero-crossing range to the zero-order range compensation circuit 8.
Processes other than the translation compensated range history reference zero-crossing range estimation circuit 12 are the same as those in the first embodiment.

この実施の形態4の構成を採用することにより、上記実施の形態1〜3と同様の効果を奏することができる。
また、上記実施の形態1〜3との比較では、一般的な並進運動補償で用いられるレンジ移動推定方法をそのまま応用できるので、既に保持する装置の改修コストをあまりかけずに流用できる効果がある。
By adopting the configuration of the fourth embodiment, the same effects as those of the first to third embodiments can be obtained.
In comparison with the first to third embodiments, since the range movement estimation method used in general translational motion compensation can be applied as it is, there is an effect that it can be used without much repair cost of the already held device. .

実施の形態5.
図15はこの発明の実施の形態5による画像レーダ装置を示す構成図であり、図において、図1と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
2次位相係数推定回路13はHough変換等の画像上の直線の検出を行う一般的な方法に基づき、レンジセル毎2次位相係数候補評価回路4から出力された2次位相係数評価値分布が示す2次元画像上の軌跡の傾きと切片を特定し、その軌跡の傾きと切片から2次位相係数のレンジに対する変化係数である2次位相係数レンジ変化係数を推定するとともに、その2次位相係数が0になっているレンジを推定する回路である。
Embodiment 5 FIG.
15 is a block diagram showing an image radar apparatus according to Embodiment 5 of the present invention. In the figure, the same reference numerals as those in FIG.
The secondary phase coefficient estimation circuit 13 shows the distribution of secondary phase coefficient evaluation values output from the secondary phase coefficient candidate evaluation circuit 4 for each range cell based on a general method for detecting a straight line on an image such as Hough transform. The inclination and intercept of the trajectory on the two-dimensional image are specified, and the secondary phase coefficient range change coefficient that is a change coefficient with respect to the range of the secondary phase coefficient is estimated from the inclination and intercept of the trajectory. It is a circuit that estimates a range that is zero.

次に動作について説明する。
2次位相係数推定回路13は、レンジセル毎2次位相係数候補評価回路4から2次位相係数評価値分布G(ds,ms)を受けると、画像上の直線を検出する一般的な方法であるHough変換を実施することで、その2次位相係数評価値分布G(ds,ms)が示す2次元画像上の軌跡を検出する。
Next, the operation will be described.
When receiving the secondary phase coefficient evaluation value distribution G (d s , m s ) from the secondary phase coefficient candidate evaluation circuit 4 for each range cell, the secondary phase coefficient estimation circuit 13 detects a straight line on the image. By performing the Hough transform, the locus on the two-dimensional image indicated by the secondary phase coefficient evaluation value distribution G (d s , m s ) is detected.

2次位相係数推定回路13は、2次元画像上の軌跡を検出すると、その軌跡の傾き(ds方向に1セル進んだ間にms方向に進む画素数aest(小数も許容))と、その軌跡のゼロクロスレンジセル(その軌跡と、ds=0との交点のレンジセルmX(小数許容))とを取得する。 When detecting the trajectory on the two-dimensional image, the secondary phase coefficient estimating circuit 13 determines the inclination of the trajectory (the number of pixels a est that advances in the m s direction while proceeding by one cell in the d s direction (a decimal number is allowed)). , The zero-crossing range cell of the trajectory (the trajectory and the range cell m X (interval of decimals) at the intersection of d s = 0) is acquired.

2次位相係数推定回路13は、軌跡の傾きとゼロクロスレンジセルを取得すると、前述のレンジ補間後のレンジピクセルスペーシングΔrs,dsと、2次位相係数への換算係数Δa2を用いて、下記の式(50)より、2次位相係数レンジ変化係数β2を算出し、また、下記の式(51)より、ゼロ交差レンジrXを算出する。

Figure 0005679904
When the secondary phase coefficient estimating circuit 13 obtains the inclination of the trajectory and the zero-crossing range cell, it uses the above-described range pixel spacing Δr s , d s after the range interpolation and the conversion coefficient Δa 2 to the secondary phase coefficient. The secondary phase coefficient range change coefficient β 2 is calculated from the following equation (50), and the zero-crossing range r X is calculated from the following equation (51).
Figure 0005679904

2次位相係数推定回路13は、2次位相係数レンジ変化係数β2とゼロ交差レンジrXを算出すると、その2次位相係数レンジ変化係数β2を回転角速度換算回路6に出力し、そのゼロ交差レンジrXを0次レンジ補償回路8に出力する。
2次位相係数推定回路13以外の処理は、上記実施の形態1と同じである。
After calculating the secondary phase coefficient range change coefficient β 2 and the zero-crossing range r X , the secondary phase coefficient estimation circuit 13 outputs the secondary phase coefficient range change coefficient β 2 to the rotation angular velocity conversion circuit 6 and outputs the zero. The intersection range r X is output to the 0th-order range compensation circuit 8.
Processing other than the secondary phase coefficient estimation circuit 13 is the same as that in the first embodiment.

この実施の形態5の構成を採用することにより、上記実施の形態1〜4と同様の効果を奏することができる。
また、上記実施の形態1〜4との比較では、一般的なHough変換を用いて装置を構成することができる効果を奏する。
さらに、2次位相係数推定回路13において、2次位相係数レンジ変化係数β2とゼロ交差レンジrXを同時に得ることができるので、装置構成が簡素化される利点がある。
By adopting the configuration of the fifth embodiment, the same effects as those of the first to fourth embodiments can be obtained.
Moreover, in comparison with the said Embodiment 1-4, there exists an effect which can comprise an apparatus using general Hough conversion.
Furthermore, since the secondary phase coefficient range change coefficient β 2 and the zero-crossing range r X can be obtained simultaneously in the secondary phase coefficient estimation circuit 13, there is an advantage that the device configuration is simplified.

実施の形態6.
図16はこの発明の実施の形態6による画像レーダ装置を示す構成図であり、図において、図1と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
ゼロ交差レンジ推定回路21はレンジセル毎2次位相係数候補評価回路4から出力された2次位相係数評価値分布が示す2次元画像上の軌跡の傾きを特定し、その軌跡の傾きから軌跡のゼロ交差レンジを推定する回路である。
Embodiment 6 FIG.
FIG. 16 is a block diagram showing an image radar apparatus according to Embodiment 6 of the present invention. In the figure, the same reference numerals as those in FIG.
The zero-crossing range estimation circuit 21 specifies the inclination of the locus on the two-dimensional image indicated by the secondary phase coefficient evaluation value distribution output from the secondary phase coefficient candidate evaluation circuit 4 for each range cell, and the locus zero is determined from the inclination of the locus. This is a circuit for estimating the intersection range.

レンジセル毎2次位相補償回路22は2次位相係数変化量推定回路5により推定された2次位相係数レンジ変化係数とゼロ交差レンジ推定回路21により推定されたゼロ交差レンジから、各レンジの2次位相変化を打ち消す補償量を算出し、その補償量にしたがって回転レンジセル移動補償回路3による補償後のレンジヒストリにおける各レンジの2次位相変化を補償する回路である。   The secondary phase compensation circuit 22 for each range cell calculates the secondary phase of each range from the secondary phase coefficient range variation coefficient estimated by the secondary phase coefficient variation estimation circuit 5 and the zero crossing range estimated by the zero crossing range estimation circuit 21. This is a circuit that calculates a compensation amount that cancels the phase change, and compensates the secondary phase change of each range in the range history after compensation by the rotation range cell movement compensation circuit 3 according to the compensation amount.

レーダ画像生成回路23はレンジセル毎2次位相補償回路22による補償後のレンジヒストリをヒット方向にフーリエ変換してレンジドップラー画像を生成する回路である。
クロスレンジスケーリング回路24は回転角速度換算回路6により推定された回転運動の角速度に基づいて、レーダ画像生成回路23により生成されたレンジドップラー画像上のドップラー周波数軸を物理的な長さであるクロスレンジ軸に換算するクロスレンジスケーリングを実施する回路である。
The radar image generation circuit 23 is a circuit that generates a range Doppler image by Fourier-transforming the range history after compensation by the secondary phase compensation circuit 22 for each range cell in the hit direction.
The cross range scaling circuit 24 is based on the angular velocity of the rotational motion estimated by the rotational angular velocity conversion circuit 6, and the cross range that is the physical length of the Doppler frequency axis on the range Doppler image generated by the radar image generation circuit 23. It is a circuit that performs cross-range scaling to convert to an axis.

次に動作について説明する。
この実施の形態6では、従来方法2と同様に、回転による画像のぼけを補償(回転によるレンジの変化と、回転によるドップラーの変化とを2段階で補償)し、補償後の画像をフーリエ変換することでレンジドップラー画像を生成する。
また、この実施の形態6では、従来方法では実施できないクロスレンジスケーリングを実施する。
Next, the operation will be described.
In the sixth embodiment, as in the conventional method 2, image blur due to rotation is compensated (range change due to rotation and Doppler change due to rotation are compensated in two stages), and the compensated image is Fourier transformed. By doing so, a range Doppler image is generated.
In the sixth embodiment, cross range scaling that cannot be performed by the conventional method is performed.

レンジヒストリ取得回路1、並進運動補償回路2、回転レンジセル移動補償回路3、レンジセル毎2次位相係数候補評価回路4及び2次位相係数変化量推定回路5の処理内容は、上記実施の形態1と同様である。   The processing contents of the range history acquisition circuit 1, the translation motion compensation circuit 2, the rotation range cell movement compensation circuit 3, the secondary phase coefficient candidate evaluation circuit 4 for each range cell, and the secondary phase coefficient change amount estimation circuit 5 are the same as those in the first embodiment. It is the same.

ゼロ交差レンジ推定回路21は、レンジセル毎2次位相係数候補評価回路4から2次位相係数評価値分布を受けると、その2次位相係数評価値分布が示す2次元画像上の軌跡の傾きを特定し、その軌跡の傾きから軌跡のゼロ交差レンジを推定する。
即ち、ゼロ交差レンジ推定回路21は、下記に示す(a)〜(e)のいずれかの回路と同様の処理を実施することで、軌跡のゼロ交差レンジを推定する。
(a)2次位相係数考慮ゼロ交差レンジ推定回路7
(b)2次位相係数考慮前補正型ゼロ交差レンジ推定回路10
(c)2次位相係数基準ゼロ交差レンジ推定回路11
(d)並進補償後レンジヒストリ基準ゼロ交差レンジ推定回路12
(e)2次位相係数推定回路13
Upon receiving the secondary phase coefficient evaluation value distribution from the secondary phase coefficient candidate evaluation circuit 4 for each range cell, the zero-crossing range estimation circuit 21 specifies the inclination of the locus on the two-dimensional image indicated by the secondary phase coefficient evaluation value distribution. Then, the zero crossing range of the locus is estimated from the inclination of the locus.
That is, the zero-crossing range estimation circuit 21 estimates the zero-crossing range of the trajectory by performing the same processing as any of the following circuits (a) to (e).
(A) Zero-crossing range estimation circuit 7 considering secondary phase coefficient
(B) Correction type zero-crossing range estimation circuit 10 before secondary phase coefficient consideration
(C) Secondary phase coefficient reference zero-crossing range estimation circuit 11
(D) Range history reference zero-crossing range estimation circuit 12 after translation compensation
(E) Secondary phase coefficient estimation circuit 13

なお、上記(a)では、上記実施の形態1等で詳述したように、推定に用いる入力値が異なる。そのため、その入力値を得るためのブロック間の配線や関連するブロックも異なる。
図16では、(a)や(b)を用いることを想定している構成図を示しているが、(c)を用いる場合には、2次位相係数変化量推定回路5からゼロ交差レンジ推定回路21に向かう配線が不要となる。
(d)を用いる場合には、レンジセル毎2次位相係数候補評価回路4及び2次位相係数変化量推定回路5からゼロ交差レンジ推定回路21に向かう配線が不要になる代わりに、並進運動補償回路2からゼロ交差レンジ推定回路21に向かう配線を追加する必要がある。
(e)を用いる場合には、 図17に示すような構成になる。
これらは、ゼロ交差レンジ推定回路21又はそれに相応する回路の入力を踏まえて適宜組みかえればいい。
In (a) above, as described in detail in the first embodiment, the input values used for estimation are different. Therefore, the wiring between the blocks for obtaining the input value and the related blocks are also different.
FIG. 16 shows a configuration diagram assuming that (a) and (b) are used. However, when (c) is used, the zero-crossing range estimation is performed from the secondary phase coefficient variation estimation circuit 5. Wiring to the circuit 21 is not necessary.
When (d) is used, instead of the need for wiring from the secondary phase coefficient candidate evaluation circuit 4 for each range cell and the secondary phase coefficient change amount estimation circuit 5 to the zero-crossing range estimation circuit 21, a translational motion compensation circuit is provided. It is necessary to add a wiring from 2 to the zero crossing range estimation circuit 21.
When (e) is used, the configuration is as shown in FIG.
These may be appropriately changed based on the input of the zero-crossing range estimation circuit 21 or a circuit corresponding thereto.

レンジセル毎2次位相補償回路22は、ゼロ交差レンジ推定回路21がゼロ交差レンジを推定すると、そのゼロ交差レンジと2次位相係数変化量推定回路5により推定された2次位相係数レンジ変化係数から、各レンジの2次位相変化を打ち消す補償量を算出し、その補償量にしたがって回転レンジセル移動補償回路3による補償後のレンジヒストリにおける各レンジの2次位相変化を補償する。
即ち、レンジセル毎2次位相補償回路22は、そのゼロ交差レンジと2次位相係数レンジ変化係数から各レンジの2次位相係数を算出する。
そして、回転レンジセル移動補償回路3による補償後のレンジヒストリにおいて、その2次位相係数から、各レンジで残存するドップラー変化を引き起こす2次の位相変化を算出し、その2次の位相変化を打ち消すように補償する。
When the zero-crossing range estimation circuit 21 estimates the zero-crossing range, the secondary phase compensation circuit 22 for each range cell uses the zero-crossing range and the secondary phase coefficient range variation coefficient estimated by the secondary phase coefficient variation estimation circuit 5. Then, a compensation amount for canceling the secondary phase change of each range is calculated, and the secondary phase change of each range in the range history after compensation by the rotation range cell movement compensation circuit 3 is compensated according to the compensation amount.
That is, the secondary phase compensation circuit 22 for each range cell calculates the secondary phase coefficient of each range from the zero crossing range and the secondary phase coefficient range change coefficient.
Then, in the range history after compensation by the rotational range cell movement compensation circuit 3, a secondary phase change causing a Doppler change remaining in each range is calculated from the secondary phase coefficient, and the secondary phase change is canceled out. To compensate.

レーダ画像生成回路23は、レンジセル毎2次位相補償回路22による補償後のレンジヒストリ(並進運動と回転運動の影響によるぼけが大部分補償されたと期待されるレンジヒストリ)をヒット方向にフーリエ変換することで、レンジドップラー画像を生成する。
レーダ画像生成回路23により生成されたレンジドップラー画像では、従来方法2と同様に、レンジとドップラー周波数方向のぼけの主要成分が補償されている。
The radar image generation circuit 23 Fourier-transforms the range history (range history expected to be largely compensated for the blur due to the translational motion and the rotational motion) after the compensation by the secondary phase compensation circuit 22 for each range cell. Thus, a range Doppler image is generated.
In the range Doppler image generated by the radar image generation circuit 23, the main components of blur in the range and the Doppler frequency direction are compensated as in the conventional method 2.

クロスレンジスケーリング回路24は、レーダ画像生成回路23がレンジドップラー画像を生成すると、回転角速度換算回路6により推定された回転運動の角速度の大きさ|ω|に基づいて、そのレンジドップラー画像上のドップラー周波数軸を物理的な長さに相当するクロスレンジ軸に換算するクロスレンジスケーリングを実施する。
ドップラー周波数[Hz]からクロスレンジ[m]への換算係数は、上記の式(3)に基づくと、λ/(2・|ω|)で表される。
したがって、その換算係数をレンジドップラー画像のドップラー周波数[Hz]に掛けて、クロスレンジ軸にすればいい。
When the radar image generation circuit 23 generates a range Doppler image, the cross range scaling circuit 24 performs Doppler on the range Doppler image based on the magnitude | ω | of the rotational motion estimated by the rotation angular velocity conversion circuit 6. Cross range scaling is performed to convert the frequency axis to the cross range axis corresponding to the physical length.
The conversion factor from the Doppler frequency [Hz] to the cross range [m] is represented by λ / (2 · | ω |) based on the above equation (3).
Therefore, the conversion coefficient may be multiplied by the Doppler frequency [Hz] of the range Doppler image to make the cross range axis.

なお、ドップラーセル番号[cell]からドップラー周波数[Hz]への換算係数は、観測時間Tを用いて1/Tと表される。
よって、レンジドップラー画像のドップラー方向の軸がドップラーセル番号で表現されている場合には、そのドップラーセル番号を、λ/(2・|ω|T)倍することでクロスレンジ軸に変換することができる。
以上により、従来方法2と類似の流れで生成した、回転によるぼけの主成分が補償されたレンジドップラー画像についても、これをクロスレンジスケーリングした画像にすることができる。
The conversion factor from the Doppler cell number [cell] to the Doppler frequency [Hz] is expressed as 1 / T using the observation time T.
Therefore, when the axis in the Doppler direction of the range Doppler image is expressed by the Doppler cell number, the Doppler cell number is converted to the cross-range axis by multiplying by λ / (2 · | ω | T). Can do.
As described above, a range Doppler image generated by a flow similar to that of the conventional method 2 and compensated for the main component of blur due to rotation can be converted into a cross-range scaled image.

この実施の形態6の構成を採用することにより、上記実施の形態1〜5と同様の効果を奏することができる。
また、上記実施の形態1〜5との比較では、回転角速度の大きさと回転中心のレンジ(ゼロ交差レンジ)の推定のために生成された回転によるレンジ移動が補償されたレンジヒストリや、レンジに対する2次位相係数レンジ変化率を再利用して、回転によるぼけの主成分が補償されたレンジヒストリを、処理負荷の増大をほとんど引き起こさずに生成することができ、かつ、これを処理負荷が回転を考慮した画像再生法より低い、ヒット方向のフーリエ変換でレンジドップラーにすることができ、かつ、これを既に推定された回転角速度の大きさを用いた簡単なスケーリングでレンジクロスレンジ画像にすることができるので、処理負荷低減の観点で効果がある。
By adopting the configuration of the sixth embodiment, the same effects as those of the first to fifth embodiments can be obtained.
Further, in comparison with the first to fifth embodiments, the range history compensated for the range movement due to the rotation generated for the estimation of the rotational angular velocity and the rotation center range (zero crossing range) By reusing the secondary phase coefficient range change rate, it is possible to generate a range history in which the main component of blur due to rotation is compensated with little increase in processing load, and this processing load is rotated. It is possible to make a range Doppler by Fourier transform in the hit direction, which is lower than the image reconstruction method that takes into account the image, and to make this a range cross-range image by simple scaling using the estimated rotational angular velocity magnitude Therefore, it is effective from the viewpoint of reducing the processing load.

なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。   In the present invention, within the scope of the invention, any combination of the embodiments, or any modification of any component in each embodiment, or omission of any component in each embodiment is possible. .

1 レンジヒストリ取得回路、2 並進運動補償回路、3 回転レンジセル移動補償回路、4 レンジセル毎2次位相係数候補評価回路、5 2次位相係数変化量推定回路、6 回転角速度換算回路、7 2次位相係数考慮ゼロ交差レンジ推定回路、8 0次レンジ補償回路、9 回転考慮レーダ画像生成回路、10 2次位相係数考慮前補正型ゼロ交差レンジ推定回路、11 2次位相係数基準ゼロ交差レンジ推定回路、12 並進補償後レンジヒストリ基準ゼロ交差レンジ推定回路、13 2次位相係数推定回路、21 ゼロ交差レンジ推定回路、22 レンジセル毎2次位相補償回路、23 レーダ画像生成回路、24 クロスレンジスケーリング回路、31 送信機、32 送受切換器、33 送受信アンテナ、34 受信機、35 レンジ圧縮器、41 一般並進運動補償回路、42 1次位相変化補償器、51 レンジ補間器、52 レンジセル毎2次位相係数候補評価指標算出回路、61 スペクトル画像利用型軌跡傾き特定回路、62 2次位相係数変化量算出回路、71 軌跡傾き信頼度分布算出回路、72 信頼度分布最大位置特定器、73 軌跡傾き換算器、81 傾き固定線積分型ゼロ交差レンジ推定回路、91 前処理補正総和型ゼロ交差レンジ推定回路。   1 range history acquisition circuit, 2 translational motion compensation circuit, 3 rotation range cell movement compensation circuit, 4 secondary phase coefficient candidate evaluation circuit for each range cell, 5 secondary phase coefficient change estimation circuit, 6 rotation angular velocity conversion circuit, 7 secondary phase Coefficient-considered zero-crossing range estimation circuit, 80th-order range compensation circuit, 9 Rotation-considered radar image generation circuit, 10 Second-order phase coefficient-considered correction-type zero-crossing range estimation circuit, 11 Second-order phase coefficient-based zero-crossing range estimation circuit, 12 translation-compensated range history reference zero-crossing range estimation circuit, 13 secondary phase coefficient estimation circuit, 21 zero-crossing range estimation circuit, 22 secondary phase compensation circuit for each range cell, 23 radar image generation circuit, 24 cross-range scaling circuit, 31 Transmitter, 32 Transmission / reception switch, 33 Transmit / receive antenna, 34 Receiver, 35 Range compressor 41 general translational motion compensation circuit, 42 primary phase change compensator, 51 range interpolator, 52 secondary phase coefficient candidate evaluation index calculation circuit for each range cell, 61 spectral image utilizing type trajectory slope specifying circuit, 62 secondary phase coefficient change amount Calculation circuit, 71 locus inclination reliability distribution calculation circuit, 72 reliability distribution maximum position locator, 73 locus inclination converter, 81 inclination fixed line integral type zero crossing range estimation circuit, 91 preprocessing correction sum total type zero crossing range estimation circuit .

Claims (22)

高周波信号を空間に向けて放射する一方、上記空間に存在している目標に反射された上記高周波信号の一部を受信し、その受信信号のレンジ方向の分解能をレンジ圧縮して、上記受信信号のレンジ方向の振幅特性であるレンジプロフィールを取得する一連の処理をレーダと目標間の相対位置を変えながら繰り返すことで、上記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取得するレンジヒストリ取得回路と、上記レンジヒストリ取得回路により取得されたレンジヒストリで、不要な並進運動によって発生するレーダと目標間の不要な距離変化を補償する並進運動補償回路と、上記並進運動補償回路により距離変化が補償されたレンジヒストリで、上記目標における高周波信号の各反射点で、回転運動によって発生するレンジ方向のぼけを補償する回転レンジセル移動補償回路と、上記回転レンジセル移動補償回路によりレンジ方向のぼけが補償されたレンジヒストリの中で、各レンジのヒット方向のデータ列の位相項を特定し、上記位相項に含まれている2次の位相変化の係数である2次位相係数の候補となる複数の候補値の確からしさをレンジセル毎に評価し、各候補値の評価結果のレンジ方向の分布を出力する2次位相係数候補評価回路と、上記2次位相係数候補評価回路から出力されたレンジ方向の分布である2次位相係数評価値分布に基づいて、上記2次位相係数のレンジに対する変化係数である2次位相係数レンジ変化係数を推定する2次位相係数変化量推定回路と、上記2次位相係数変化量推定回路により推定された2次位相係数レンジ変化係数に基づいて、上記目標の等価的な回転運動の角速度を推定する回転角速度換算回路と、上記2次位相係数変化量推定回路により推定された2次位相係数レンジ変化係数と上記2次位相係数評価値分布から2次位相係数が0になっているレンジを推定するゼロ交差レンジ推定回路と、上記ゼロ交差レンジ推定回路により推定されたレンジが0になるように、上記並進運動補償回路により距離変化が補償されたレンジヒストリを補償する0次レンジ補償回路と、上記回転角速度換算回路により推定された角速度に基づいて、上記0次レンジ補償回路による補償後のレンジヒストリからレーダ画像を生成するレーダ画像生成回路とを備えた画像レーダ装置。   While radiating a high-frequency signal toward the space, a part of the high-frequency signal reflected by the target existing in the space is received, and the resolution in the range direction of the received signal is subjected to range compression, and the received signal A range history acquisition circuit that acquires a range history that is a time history of the range profile by repeating a series of processes for acquiring a range profile that is an amplitude characteristic of the range direction while changing the relative position between the radar and the target, and The range history acquired by the range history acquisition circuit compensates for an unnecessary distance change between the radar and the target caused by unnecessary translation movement, and the distance change is compensated by the translation movement compensation circuit. In the range history, at each reflection point of the high-frequency signal at the above target, the range direction generated by the rotational motion The phase term of the data string in the hit direction of each range is specified in the range history in which the blur in the range direction is compensated by the rotational range cell movement compensation circuit and the rotational range cell movement compensation circuit. The likelihood of a plurality of candidate values that are candidates for the secondary phase coefficient that is the coefficient of the secondary phase change included in each is evaluated for each range cell, and the distribution in the range direction of the evaluation result of each candidate value is output. Based on the secondary phase coefficient candidate evaluation circuit and the secondary phase coefficient evaluation value distribution that is the distribution in the range direction output from the secondary phase coefficient candidate evaluation circuit, the change coefficient of the secondary phase coefficient with respect to the range. Based on the secondary phase coefficient range variation coefficient estimated by the secondary phase coefficient variation estimation circuit and the secondary phase coefficient variation estimation circuit that estimates the secondary phase coefficient range variation coefficient From the rotational angular velocity conversion circuit that estimates the angular velocity of the target equivalent rotational motion, the secondary phase coefficient range variation coefficient estimated by the secondary phase coefficient variation estimation circuit, and the secondary phase coefficient evaluation value distribution 2 The zero-crossing range estimation circuit for estimating the range where the next phase coefficient is 0, and the translational motion compensation circuit compensated for the distance change so that the range estimated by the zero-crossing range estimation circuit becomes 0. A zero-order range compensation circuit that compensates the range history, and a radar image generation circuit that generates a radar image from the range history after compensation by the zero-order range compensation circuit based on the angular velocity estimated by the rotational angular velocity conversion circuit. An image radar apparatus provided. 並進運動補償回路は、レンジヒストリ取得回路により取得されたレンジヒストリで、レンジ分解能を超えている各反射点のレンジ移動と、位相の時間に対する2次以上の変化とを推定して、上記レンジ移動と上記2次以上の変化を補償する一般並進運動補償回路と、上記一般並進運動補償回路による補償後のレンジヒストリにおける位相の1次変化を補償する1次位相変化補償器とから構成されていることを特徴とする請求項1記載の画像レーダ装置。   The translation motion compensation circuit estimates the range movement of each reflection point exceeding the range resolution and the second or higher order change with respect to the time in the range history acquired by the range history acquisition circuit. And a general translation motion compensation circuit that compensates for the second and higher order changes, and a primary phase change compensator that compensates for the primary change in phase in the range history after compensation by the general translation motion compensation circuit. The image radar apparatus according to claim 1. 一般並進運動補償回路は、レンジ移動と2次以上の変化を補償するとともに、各反射点のレンジ移動のヒットに対する1次変化を推定し、
1次位相変化補償器は、上記レンジ移動のヒットに対する1次変化を1次の位相変化に換算し、上記位相変化を打ち消すように、上記一般並進運動補償回路による補償後のレンジヒストリにおける各レンジの位相の1次変化を補償する
ことを特徴とする請求項2記載の画像レーダ装置。
The general translational compensation circuit compensates for range shift and second-order or higher changes, and estimates the first-order change for the range shift hit of each reflection point.
The primary phase change compensator converts each primary change with respect to the range movement hit into a primary phase change, and cancels the phase change so that each range in the range history after compensation by the general translational motion compensation circuit is corrected. The image radar apparatus according to claim 2, wherein a first-order change in the phase of the image is compensated.
2次位相係数候補評価回路は、レンジセル毎に、当該レンジの信号の位相に加わっている2次の位相変化を示す2次位相係数の候補となる複数の候補値の確からしさを評価して、複数の候補値の確からしさが数値化されている2次位相係数評価値分布を算出する2次位相係数候補評価指標算出回路から構成されていることを特徴とする請求項1記載の画像レーダ装置。   The secondary phase coefficient candidate evaluation circuit evaluates the probability of a plurality of candidate values that are candidates for secondary phase coefficients indicating the secondary phase change added to the phase of the signal of the range for each range cell, 2. The image radar apparatus according to claim 1, comprising a secondary phase coefficient candidate evaluation index calculating circuit for calculating a secondary phase coefficient evaluation value distribution in which the probabilities of a plurality of candidate values are digitized. . 2次位相係数候補評価回路は、回転レンジセル移動補償回路によりレンジ方向のぼけが補償されたレンジヒストリをレンジ方向に補間し、補間後のレンジヒストリを2次位相係数候補評価指標算出回路に出力するレンジ補間器を備えていることを特徴とする請求項4記載の画像レーダ装置。   The secondary phase coefficient candidate evaluation circuit interpolates the range history compensated for the blur in the range direction by the rotation range cell movement compensation circuit in the range direction, and outputs the interpolated range history to the secondary phase coefficient candidate evaluation index calculation circuit. The image radar apparatus according to claim 4, further comprising a range interpolator. 2次位相係数候補評価指標算出回路は、レンジヒストリのヒットの前半分の配列の複素共役である配列と、上記レンジヒストリのヒットの後半分の配列とを乗算して得られる配列をヒット方向にフーリエ変換して得られる配列を2次位相係数評価値分布として算出することを特徴とする請求項4または請求項5記載の画像レーダ装置。   The second-order phase coefficient candidate evaluation index calculation circuit calculates an array obtained by multiplying an array that is a complex conjugate of the first half of the range history hit and the second half of the range history hit in the hit direction. 6. The image radar device according to claim 4, wherein an array obtained by Fourier transform is calculated as a secondary phase coefficient evaluation value distribution. 2次位相係数変化量推定回路は、2次位相係数候補評価回路から出力された2次位相係数評価値分布が示す2次元画像の振幅分布を2次元フーリエ変換してスペクトル画像を求め、そのスペクトル画像から上記2次元画像上の直線の傾きを推定する軌跡傾き特定回路と、上記軌跡傾き特定回路により推定された直線の傾きから2次位相係数レンジ変化係数を算出する2次位相係数変化量算出回路とから構成されていることを特徴とする請求項1記載の画像レーダ装置。   The second-order phase coefficient variation estimation circuit obtains a spectrum image by two-dimensional Fourier transforming the amplitude distribution of the two-dimensional image indicated by the second-order phase coefficient evaluation value distribution output from the second-order phase coefficient candidate evaluation circuit, and obtaining the spectrum image A trajectory slope specifying circuit that estimates the slope of a straight line on the two-dimensional image from the image, and a secondary phase coefficient change amount calculation that calculates a secondary phase coefficient range change coefficient from the straight line slope estimated by the trajectory slope specifying circuit The image radar apparatus according to claim 1, comprising a circuit. 軌跡傾き特定回路は、2次位相係数候補評価回路から出力された2次位相係数評価値分布が示す2次元画像の振幅分布の重み付けを実施して、重み付け後の振幅分布を2次元フーリエ変換してスペクトル画像を求めるとともに、上記スペクトル画像上で直流成分に相当する原点を通り、傾きが異なる複数の直線状の積分経路を設定し、上記積分経路に沿って重み付けスペクトル画像の振幅分布を線積分した結果を、各積分経路の傾きに対する信頼度として出力する軌跡傾き信頼度分布算出回路と、上記軌跡傾き信頼度分布算出回路から出力された各積分経路の傾きに対する信頼度の中で、信頼度が最大の積分経路の傾きを検出する信頼度分布最大位置特定器と、上記信頼度分布最大位置特定器により検出された信頼度が最大の積分経路の傾きを上記2次位相係数評価値分布が示す2次元画像上の軌跡の傾きに換算する軌跡傾き換算器とから構成されていることを特徴とする請求項7記載の画像レーダ装置。   The locus inclination specifying circuit performs weighting of the amplitude distribution of the two-dimensional image indicated by the secondary phase coefficient evaluation value distribution output from the secondary phase coefficient candidate evaluation circuit, and performs two-dimensional Fourier transform on the weighted amplitude distribution. A spectral image is obtained, and a plurality of linear integration paths having different inclinations are set through the origin corresponding to the DC component on the spectral image, and the amplitude distribution of the weighted spectral image is linearly integrated along the integration path. The reliability of the trajectory slope reliability distribution calculation circuit that outputs the result as the reliability of the slope of each integration path, and the reliability of the slope of each integration path output from the trajectory slope reliability distribution calculation circuit. Detects the slope of the integration path with the maximum reliability, and the slope of the integration path with the maximum reliability detected by the maximum confidence distribution position locator. Image radar apparatus according to claim 7, characterized in that it is composed of a trajectory slope conversion unit for converting the inclination of the trajectory on the two-dimensional image in which the secondary phase factor evaluation value distribution shown. ゼロ交差レンジ推定回路は、軌跡傾き特定回路により推定された直線の傾きがaであり、事前に設定された画像の一軸に添った座標が0となる位置を通る際の他の一軸上の座標がy=a(x+x0)で表される場合のx0であるとき、2次位相係数候補評価回路から出力された2次位相係数評価値分布が示す2次元画像上で、傾きがaでx0の候補が様々に異なる複数の積分経路を設定し、各積分経路に沿った線積分を実施して、その線積分の値が最大となるx0の候補が、2次位相係数が0になっているレンジであると推定することを特徴とする請求項7または請求項8記載の画像レーダ装置。   The zero-crossing range estimation circuit is a coordinate on the other axis when passing through a position where the inclination of the straight line estimated by the locus inclination specifying circuit is a and the coordinate along one axis of the preset image is 0 Is x0 when y is expressed as y = a (x + x0), the slope is a and x0 on the two-dimensional image indicated by the secondary phase coefficient evaluation value distribution output from the secondary phase coefficient candidate evaluation circuit. A plurality of integration paths with different candidates are set, line integration along each integration path is performed, and the x0 candidate having the maximum line integration value has a secondary phase coefficient of 0. 9. The image radar apparatus according to claim 7, wherein the image radar apparatus is estimated to be a range. 回転レンジセル移動補償回路は、並進運動補償回路により距離変化が補償されたレンジヒストリをヒット方向にフーリエ変換してレンジドップラー画像を生成し、上記レンジドップラー画像のドップラーセル毎に、当該ドップラーセルを中心とするドップラー幅分を抽出し、上記ドップラー幅分をドップラーセル方向の逆フーリエ変換を実施してレンジヒストリに戻し、上記レンジヒストリ上で、当該ドップラーセルのドップラーセル番号で定まる1次のレンジ移動を打ち消す補償を実施してから、再度、上記レンジヒストリをヒット方向にフーリエ変換してレーダ画像に戻し、上記レーダ画像における当該ドップラーセルの画像を補償後画像格納用配列に格納することを特徴とする請求項1記載の画像レーダ装置。   The rotational range cell movement compensation circuit generates a range Doppler image by Fourier transforming the range history compensated for the distance change by the translational motion compensation circuit in the hit direction, and for each Doppler cell of the range Doppler image, the Doppler cell is centered. The Doppler width is extracted, and the Doppler width is subjected to inverse Fourier transform in the Doppler cell direction and returned to the range history. On the range history, the primary range shift determined by the Doppler cell number of the Doppler cell is performed. The range history is Fourier-transformed in the hit direction again to return to the radar image, and the Doppler cell image in the radar image is stored in the compensated image storage array. The image radar device according to claim 1. 回転角速度換算回路は、2次位相係数変化量推定回路により推定された2次位相係数レンジ変化係数を回転角速度の大きさに換算し、その換算結果を目標の等価的な回転運動の角速度として出力することを特徴とする請求項1記載の画像レーダ装置。   The rotational angular velocity conversion circuit converts the secondary phase coefficient range variation coefficient estimated by the secondary phase coefficient variation estimation circuit into the rotational angular velocity, and outputs the converted result as the target equivalent rotational motion angular velocity. The image radar apparatus according to claim 1, wherein: 2次位相係数候補評価指標算出回路は、回転レンジセル移動補償回路によりレンジ方向のぼけが補償されたレンジヒストリのヒットの前半分の配列で生成される画像と、上記ヒットの後半分の配列で生成される画像間の相互相関値を2次位相係数評価値分布として算出することを特徴とする請求項4または請求項5記載の画像レーダ装置。   The second-order phase coefficient candidate evaluation index calculation circuit generates an image generated by an array in the first half of a range history hit that has been compensated for blurring in the range direction by a rotation range cell movement compensation circuit and an array in the second half of the hit 6. The image radar apparatus according to claim 4, wherein a cross-correlation value between images to be calculated is calculated as a secondary phase coefficient evaluation value distribution. ゼロ交差レンジ推定回路は、軌跡傾き特定回路により推定された直線の傾きがaであり、事前に設定された画像の一軸に添った座標が0となる位置を通る際の他の一軸上の座標がy=a(x+x0)で表される場合のx0であるとき、上記直線の傾きaに基づいて、2次位相係数候補評価回路から出力された2次位相係数評価値分布が示す2次元画像上の軌跡の傾きが0になるように補正し、補正後の2次元画像を上記他の一軸に総和して、各々のyの総和値から2次位相係数が0になっているレンジを推定することを特徴とする請求項7または請求項8記載の画像レーダ装置。   The zero-crossing range estimation circuit is a coordinate on the other axis when passing through a position where the inclination of the straight line estimated by the locus inclination specifying circuit is a and the coordinate along one axis of the preset image is 0 2 is a two-dimensional image represented by the secondary phase coefficient evaluation value distribution output from the secondary phase coefficient candidate evaluation circuit based on the slope a of the straight line when x is 0 when represented by y = a (x + x0) Correction is made so that the slope of the upper trajectory becomes zero, and the two-dimensional image after correction is summed with the other one axis, and the range where the secondary phase coefficient is zero is estimated from the total value of each y The image radar device according to claim 7 or 8, wherein 高周波信号を空間に向けて放射する一方、上記空間に存在している目標に反射された上記高周波信号の一部を受信し、その受信信号のレンジ方向の分解能をレンジ圧縮して、上記受信信号のレンジ方向の振幅特性であるレンジプロフィールを取得する一連の処理をレーダと目標間の相対位置を変えながら繰り返すことで、上記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取得するレンジヒストリ取得回路と、上記レンジヒストリ取得回路により取得されたレンジヒストリで、不要な並進運動によって発生するレーダと目標間の不要な距離変化を補償する並進運動補償回路と、上記並進運動補償回路により距離変化が補償されたレンジヒストリで、上記目標における高周波信号の各反射点で、回転運動によって発生するレンジ方向のぼけを補償する回転レンジセル移動補償回路と、上記回転レンジセル移動補償回路によりレンジ方向のぼけが補償されたレンジヒストリの中で、各レンジのヒット方向のデータ列の位相項を特定し、上記位相項に含まれている2次の位相変化の係数である2次位相係数の候補となる複数の候補値の確からしさをレンジセル毎に評価し、各候補値の評価結果のレンジ方向の分布を出力する2次位相係数候補評価回路と、上記2次位相係数候補評価回路から出力されたレンジ方向の分布である2次位相係数評価値分布に基づいて、上記2次位相係数のレンジに対する変化係数である2次位相係数レンジ変化係数を推定する2次位相係数変化量推定回路と、上記2次位相係数変化量推定回路により推定された2次位相係数レンジ変化係数に基づいて、上記目標の等価的な回転運動の角速度を推定する回転角速度換算回路と、上記2次位相係数候補評価回路から出力された2次位相係数評価値分布に基づいて各レンジの2次位相係数を推定し、各レンジの2次位相係数の中で、2次位相係数が最も0に近くなっているレンジを出力するゼロ交差レンジ推定回路と、上記ゼロ交差レンジ推定回路から出力されたレンジが0になるように、上記並進運動補償回路により距離変化が補償されたレンジヒストリを補償する0次レンジ補償回路と、上記回転角速度換算回路により推定された角速度に基づいて、上記0次レンジ補償回路による補償後のレンジヒストリからレーダ画像を生成するレーダ画像生成回路とを備えた画像レーダ装置。   While radiating a high-frequency signal toward the space, a part of the high-frequency signal reflected by the target existing in the space is received, and the resolution in the range direction of the received signal is subjected to range compression, and the received signal A range history acquisition circuit that acquires a range history that is a time history of the range profile by repeating a series of processes for acquiring a range profile that is an amplitude characteristic of the range direction while changing the relative position between the radar and the target, and The range history acquired by the range history acquisition circuit compensates for an unnecessary distance change between the radar and the target caused by unnecessary translation movement, and the distance change is compensated by the translation movement compensation circuit. In the range history, at each reflection point of the high-frequency signal at the above target, the range direction generated by the rotational motion The phase term of the data string in the hit direction of each range is specified in the range history in which the blur in the range direction is compensated by the rotational range cell movement compensation circuit and the rotational range cell movement compensation circuit. The likelihood of a plurality of candidate values that are candidates for the secondary phase coefficient that is the coefficient of the secondary phase change included in each is evaluated for each range cell, and the distribution in the range direction of the evaluation result of each candidate value is output. Based on the secondary phase coefficient candidate evaluation circuit and the secondary phase coefficient evaluation value distribution that is the distribution in the range direction output from the secondary phase coefficient candidate evaluation circuit, the change coefficient of the secondary phase coefficient with respect to the range. Based on the secondary phase coefficient range variation coefficient estimated by the secondary phase coefficient variation estimation circuit and the secondary phase coefficient variation estimation circuit that estimates the secondary phase coefficient range variation coefficient Rotational angular velocity conversion circuit that estimates the angular velocity of the target equivalent rotational motion, and secondary phase coefficient of each range is estimated based on the secondary phase coefficient evaluation value distribution output from the secondary phase coefficient candidate evaluation circuit. The zero-crossing range estimation circuit that outputs the range in which the secondary phase coefficient is closest to 0 among the secondary phase coefficients of each range, and the range output from the zero-crossing range estimation circuit is zero. The zero-order range compensation circuit that compensates the range history in which the distance change is compensated by the translation motion compensation circuit, and the compensation by the zero-order range compensation circuit based on the angular velocity estimated by the rotational angular velocity conversion circuit. An image radar apparatus including a radar image generation circuit that generates a radar image from a later range history. 高周波信号を空間に向けて放射する一方、上記空間に存在している目標に反射された上記高周波信号の一部を受信し、その受信信号のレンジ方向の分解能をレンジ圧縮して、上記受信信号のレンジ方向の振幅特性であるレンジプロフィールを取得する一連の処理をレーダと目標間の相対位置を変えながら繰り返すことで、上記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取得するレンジヒストリ取得回路と、上記レンジヒストリ取得回路により取得されたレンジヒストリで、不要な並進運動によって発生するレーダと目標間の不要な距離変化を補償する並進運動補償回路と、上記並進運動補償回路により距離変化が補償されたレンジヒストリで、上記目標における高周波信号の各反射点で、回転運動によって発生するレンジ方向のぼけを補償する回転レンジセル移動補償回路と、上記回転レンジセル移動補償回路によりレンジ方向のぼけが補償されたレンジヒストリの中で、各レンジのヒット方向のデータ列の位相項を特定し、上記位相項に含まれている2次の位相変化の係数である2次位相係数の候補となる複数の候補値の確からしさをレンジセル毎に評価し、各候補値の評価結果のレンジ方向の分布を出力する2次位相係数候補評価回路と、上記2次位相係数候補評価回路から出力されたレンジ方向の分布である2次位相係数評価値分布に基づいて、上記2次位相係数のレンジに対する変化係数である2次位相係数レンジ変化係数を推定する2次位相係数変化量推定回路と、上記2次位相係数変化量推定回路により推定された2次位相係数レンジ変化係数に基づいて、上記目標の等価的な回転運動の角速度を推定する回転角速度換算回路と、上記並進運動補償回路により距離変化が補償されたレンジヒストリを参照して、回転運動により発生するレンジ移動が最小のレンジを推定するゼロ交差レンジ推定回路と、上記ゼロ交差レンジ推定回路により推定されたレンジが0になるように、上記並進運動補償回路により距離変化が補償されたレンジヒストリを補償する0次レンジ補償回路と、上記回転角速度換算回路により推定された角速度に基づいて、上記0次レンジ補償回路による補償後のレンジヒストリからレーダ画像を生成するレーダ画像生成回路とを備えた画像レーダ装置。   While radiating a high-frequency signal toward the space, a part of the high-frequency signal reflected by the target existing in the space is received, and the resolution in the range direction of the received signal is subjected to range compression, and the received signal A range history acquisition circuit that acquires a range history that is a time history of the range profile by repeating a series of processes for acquiring a range profile that is an amplitude characteristic of the range direction while changing the relative position between the radar and the target, and The range history acquired by the range history acquisition circuit compensates for an unnecessary distance change between the radar and the target caused by unnecessary translation movement, and the distance change is compensated by the translation movement compensation circuit. In the range history, at each reflection point of the high-frequency signal at the above target, the range direction generated by the rotational motion The phase term of the data string in the hit direction of each range is specified in the range history in which the blur in the range direction is compensated by the rotational range cell movement compensation circuit and the rotational range cell movement compensation circuit. The likelihood of a plurality of candidate values that are candidates for the secondary phase coefficient that is the coefficient of the secondary phase change included in each is evaluated for each range cell, and the distribution in the range direction of the evaluation result of each candidate value is output. Based on the secondary phase coefficient candidate evaluation circuit and the secondary phase coefficient evaluation value distribution that is the distribution in the range direction output from the secondary phase coefficient candidate evaluation circuit, the change coefficient of the secondary phase coefficient with respect to the range. Based on the secondary phase coefficient range variation coefficient estimated by the secondary phase coefficient variation estimation circuit and the secondary phase coefficient variation estimation circuit that estimates the secondary phase coefficient range variation coefficient Referring to the rotational angular velocity conversion circuit that estimates the angular velocity of the target equivalent rotational motion and the range history in which the distance change is compensated by the translation motion compensation circuit, the range that has the smallest range movement caused by the rotational motion is determined. A zero-crossing range estimation circuit for estimation, and a zero-order range compensation circuit for compensating for the range history in which the distance change is compensated by the translational motion compensation circuit so that the range estimated by the zero-crossing range estimation circuit becomes zero An image radar apparatus comprising: a radar image generation circuit that generates a radar image from a range history after compensation by the zero-order range compensation circuit based on the angular velocity estimated by the rotation angular velocity conversion circuit. 高周波信号を空間に向けて放射する一方、上記空間に存在している目標に反射された上記高周波信号の一部を受信し、その受信信号のレンジ方向の分解能をレンジ圧縮して、上記受信信号のレンジ方向の振幅特性であるレンジプロフィールを取得する一連の処理をレーダと目標間の相対位置を変えながら繰り返すことで、上記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取得するレンジヒストリ取得回路と、上記レンジヒストリ取得回路により取得されたレンジヒストリで、不要な並進運動によって発生するレーダと目標間の不要な距離変化を補償する並進運動補償回路と、上記並進運動補償回路により距離変化が補償されたレンジヒストリで、上記目標における高周波信号の各反射点で、回転運動によって発生するレンジ方向のぼけを補償する回転レンジセル移動補償回路と、上記回転レンジセル移動補償回路によりレンジ方向のぼけが補償されたレンジヒストリの中で、各レンジのヒット方向のデータ列の位相項を特定し、上記位相項に含まれている2次の位相変化の係数である2次位相係数の候補となる複数の候補値の確からしさをレンジセル毎に評価し、各候補値の評価結果のレンジ方向の分布を出力する2次位相係数候補評価回路と、上記2次位相係数候補評価回路から出力されたレンジ方向の分布である2次位相係数評価値分布が示す2次元画像上の軌跡の傾きと切片を特定し、上記軌跡の傾きと切片から上記2次位相係数のレンジに対する変化係数である2次位相係数レンジ変化係数を推定するとともに、上記2次位相係数が0になっているレンジを推定する2次位相係数推定回路と、上記2次位相係数推定回路により推定された2次位相係数レンジ変化係数に基づいて、上記目標の等価的な回転運動の角速度を推定する回転角速度換算回路と、上記2次位相係数推定回路により推定されたレンジが0になるように、上記並進運動補償回路により距離変化が補償されたレンジヒストリを補償する0次レンジ補償回路と、上記回転角速度換算回路により推定された角速度に基づいて、上記0次レンジ補償回路による補償後のレンジヒストリからレーダ画像を生成するレーダ画像生成回路とを備えた画像レーダ装置。   While radiating a high-frequency signal toward the space, a part of the high-frequency signal reflected by the target existing in the space is received, and the resolution in the range direction of the received signal is subjected to range compression, and the received signal A range history acquisition circuit that acquires a range history that is a time history of the range profile by repeating a series of processes for acquiring a range profile that is an amplitude characteristic of the range direction while changing the relative position between the radar and the target, and The range history acquired by the range history acquisition circuit compensates for an unnecessary distance change between the radar and the target caused by unnecessary translation movement, and the distance change is compensated by the translation movement compensation circuit. In the range history, at each reflection point of the high-frequency signal at the above target, the range direction generated by the rotational motion The phase term of the data string in the hit direction of each range is specified in the range history in which the blur in the range direction is compensated by the rotational range cell movement compensation circuit and the rotational range cell movement compensation circuit. The likelihood of a plurality of candidate values that are candidates for the secondary phase coefficient that is the coefficient of the secondary phase change included in each is evaluated for each range cell, and the distribution in the range direction of the evaluation result of each candidate value is output. Identifying the slope and intercept of the trajectory on the two-dimensional image indicated by the secondary phase coefficient candidate evaluation circuit and the secondary phase coefficient evaluation value distribution that is the distribution in the range direction output from the secondary phase coefficient candidate evaluation circuit; A secondary phase coefficient range change coefficient that is a change coefficient with respect to the range of the secondary phase coefficient is estimated from the slope and intercept of the locus, and a range where the secondary phase coefficient is 0 is estimated. A second-order phase coefficient estimating circuit, and a rotational angular velocity conversion circuit for estimating an angular velocity of the target equivalent rotational motion based on the second-order phase coefficient range change coefficient estimated by the second-order phase coefficient estimating circuit; Estimated by a zero-order range compensation circuit that compensates for a range history whose distance change has been compensated by the translational motion compensation circuit and the rotational angular velocity conversion circuit so that the range estimated by the second-order phase coefficient estimation circuit becomes zero. An image radar apparatus comprising: a radar image generation circuit that generates a radar image from a range history after compensation by the zeroth-order range compensation circuit based on the angular velocity that has been obtained. 高周波信号を空間に向けて放射する一方、上記空間に存在している目標に反射された上記高周波信号の一部を受信し、その受信信号のレンジ方向の分解能をレンジ圧縮して、上記受信信号のレンジ方向の振幅特性であるレンジプロフィールを取得する一連の処理をレーダと目標間の相対位置を変えながら繰り返すことで、上記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取得するレンジヒストリ取得回路と、上記レンジヒストリ取得回路により取得されたレンジヒストリで、不要な並進運動によって発生するレーダと目標間の不要な距離変化を補償する並進運動補償回路と、上記並進運動補償回路により距離変化が補償されたレンジヒストリで、上記目標における高周波信号の各反射点で、回転運動によって発生するレンジ方向のぼけを補償する回転レンジセル移動補償回路と、上記回転レンジセル移動補償回路によりレンジ方向のぼけが補償されたレンジヒストリの中で、各レンジのヒット方向のデータ列の位相項を特定し、上記位相項に含まれている2次の位相変化の係数である2次位相係数の候補となる複数の候補値の確からしさをレンジセル毎に評価し、各候補値の評価結果のレンジ方向の分布を出力する2次位相係数候補評価回路と、上記2次位相係数候補評価回路から出力されたレンジ方向の分布である2次位相係数評価値分布に基づいて、上記2次位相係数のレンジに対する変化係数である2次位相係数レンジ変化係数を推定する2次位相係数変化量推定回路と、上記2次位相係数変化量推定回路により推定された2次位相係数レンジ変化係数に基づいて、上記目標の等価的な回転運動の角速度を推定する回転角速度換算回路と、上記2次位相係数候補評価回路から出力された2次位相係数評価値分布が示す2次元画像上の軌跡の傾きを特定し、上記軌跡の傾きから上記軌跡のゼロ交差レンジを推定するゼロ交差レンジ推定回路と、上記2次位相係数変化量推定回路により推定された2次位相係数レンジ変化係数と上記ゼロ交差レンジ推定回路により推定されたゼロ交差レンジから、各レンジの2次位相変化を打ち消す補償量を算出し、上記補償量にしたがって上記回転レンジセル移動補償回路による補償後のレンジヒストリにおける各レンジの2次位相変化を補償する2次位相補償回路と、上記2次位相補償回路による補償後のレンジヒストリをヒット方向にフーリエ変換してレンジドップラー画像を生成するレーダ画像生成回路と、上記回転角速度換算回路により推定された回転運動の角速度に基づいて、上記レーダ画像生成回路により生成されたレンジドップラー画像上のドップラー周波数軸を物理的な長さであるクロスレンジ軸に換算するクロスレンジスケーリングを実施するクロスレンジスケーリング回路とを備えた画像レーダ装置。   While radiating a high-frequency signal toward the space, a part of the high-frequency signal reflected by the target existing in the space is received, and the resolution in the range direction of the received signal is subjected to range compression, and the received signal A range history acquisition circuit that acquires a range history that is a time history of the range profile by repeating a series of processes for acquiring a range profile that is an amplitude characteristic of the range direction while changing the relative position between the radar and the target, and The range history acquired by the range history acquisition circuit compensates for an unnecessary distance change between the radar and the target caused by unnecessary translation movement, and the distance change is compensated by the translation movement compensation circuit. In the range history, at each reflection point of the high-frequency signal at the above target, the range direction generated by the rotational motion The phase term of the data string in the hit direction of each range is specified in the range history in which the blur in the range direction is compensated by the rotational range cell movement compensation circuit and the rotational range cell movement compensation circuit. The likelihood of a plurality of candidate values that are candidates for the secondary phase coefficient that is the coefficient of the secondary phase change included in each is evaluated for each range cell, and the distribution in the range direction of the evaluation result of each candidate value is output. Based on the secondary phase coefficient candidate evaluation circuit and the secondary phase coefficient evaluation value distribution that is the distribution in the range direction output from the secondary phase coefficient candidate evaluation circuit, the change coefficient of the secondary phase coefficient with respect to the range. Based on the secondary phase coefficient range variation coefficient estimated by the secondary phase coefficient variation estimation circuit and the secondary phase coefficient variation estimation circuit that estimates the secondary phase coefficient range variation coefficient Rotation angular velocity conversion circuit for estimating the angular velocity of the target equivalent rotational motion and the inclination of the locus on the two-dimensional image indicated by the secondary phase coefficient evaluation value distribution output from the secondary phase coefficient candidate evaluation circuit are specified. A zero-crossing range estimation circuit for estimating the zero-crossing range of the locus from the inclination of the locus, a secondary phase coefficient range variation coefficient estimated by the secondary phase coefficient variation estimation circuit, and the zero-crossing range estimation circuit Is calculated from the zero-crossing range estimated by the above equation, and the secondary phase change of each range in the range history after compensation by the rotational range cell movement compensation circuit is calculated according to the compensation amount. A secondary phase compensation circuit for compensation and a range doppler by Fourier-transforming the range history after compensation by the secondary phase compensation circuit in the hit direction Based on the angular velocity of the rotational motion estimated by the radar image generation circuit that generates the image and the rotational angular velocity conversion circuit, the physical length of the Doppler frequency axis on the range Doppler image generated by the radar image generation circuit An image radar apparatus comprising: a cross range scaling circuit that performs cross range scaling for converting to a cross range axis. ゼロ交差レンジ推定回路は、2次元画像上の軌跡の傾きがaであり、事前に設定された画像の一軸に添った座標が0となる位置を通る際の他の一軸上の座標がy=a(x+x0)で表される場合のx0であるとき、2次位相係数候補評価回路から出力された2次位相係数評価値分布が示す2次元画像上で、傾きがaでx0の候補が様々に異なる複数の積分経路を設定し、各積分経路に沿った線積分を実施して、その線積分の値が最大となるx0の候補が、上記軌跡のゼロ交差レンジであると推定することを特徴とする請求項17記載の画像レーダ装置。   In the zero crossing range estimation circuit, the inclination of the locus on the two-dimensional image is a, and the coordinate on the other axis when passing through the position where the coordinate along the one axis of the preset image is 0 is y = When x0 is represented by a (x + x0), there are various candidates for x0 with a slope of a on the two-dimensional image indicated by the secondary phase coefficient evaluation value distribution output from the secondary phase coefficient candidate evaluation circuit. A plurality of different integration paths, and performing line integration along each integration path, and estimating that the candidate for x0 having the maximum value of the line integration is the zero-crossing range of the trajectory. The image radar device according to claim 17, characterized in that: ゼロ交差レンジ推定回路は、2次元画像上の軌跡を表す直線の傾きがaであり、事前に設定された画像の一軸に添った座標が0となる位置を通る際の他の一軸上の座標がy=a(x+x0)で表される場合のx0であるとき、上記直線の傾きaに基づいて、2次位相係数候補評価回路から出力された2次位相係数評価値分布が示す2次元画像上の軌跡の傾きが0になるように補正し、補正後の2次元画像を上記他の一軸に総和して、各々のyの総和値から2次位相係数が0になっているレンジを、上記軌跡のゼロ交差レンジとして推定することを特徴とする請求項17記載の画像レーダ装置。 The zero-crossing range estimation circuit is a coordinate on one axis when passing through a position where the inclination of a straight line representing the locus on the two-dimensional image is a and the coordinate along one axis of the preset image is 0 2 is a two-dimensional image represented by the secondary phase coefficient evaluation value distribution output from the secondary phase coefficient candidate evaluation circuit based on the slope a of the straight line when x is 0 when represented by y = a (x + x0) A correction is made so that the slope of the upper trajectory becomes 0, and the corrected two-dimensional image is summed with the other one axis, and a range in which the secondary phase coefficient is 0 from the total value of each y, The image radar device according to claim 17, wherein the image radar device is estimated as a zero-crossing range of the trajectory. ゼロ交差レンジ推定回路は、2次位相係数候補評価回路から出力された2次位相係数評価値分布が示す2次元画像上の軌跡の傾きを特定せずに、上記2次位相係数評価値分布に基づいて各レンジの2次位相係数を推定し、各レンジの2次位相係数の中で、2次位相係数が最も0に近くなっているレンジを、上記軌跡のゼロ交差レンジとして推定することを特徴とする請求項17記載の画像レーダ装置。   The zero-crossing range estimation circuit does not specify the slope of the locus on the two-dimensional image indicated by the secondary phase coefficient evaluation value distribution output from the secondary phase coefficient candidate evaluation circuit, and adds the secondary phase coefficient evaluation value distribution to the secondary phase coefficient evaluation value distribution. Based on this, the secondary phase coefficient of each range is estimated, and among the secondary phase coefficients of each range, the range where the secondary phase coefficient is closest to 0 is estimated as the zero-crossing range of the trajectory. The image radar device according to claim 17, characterized in that: ゼロ交差レンジ推定回路は、2次位相係数候補評価回路から出力された2次位相係数評価値分布が示す2次元画像上の軌跡の傾きを特定せずに、並進運動補償回路により距離変化が補償されたレンジヒストリを参照して、回転運動により発生するレンジ移動が最小のレンジを上記軌跡のゼロ交差レンジとして推定することを特徴とする請求項17記載の画像レーダ装置。   The zero-crossing range estimation circuit compensates for the change in distance by the translational compensation circuit without specifying the inclination of the locus on the two-dimensional image indicated by the distribution of evaluation values of the secondary phase coefficient output from the candidate evaluation circuit of the secondary phase coefficient. 18. The image radar apparatus according to claim 17, wherein a range having the smallest range movement caused by a rotational motion is estimated as a zero-crossing range of the locus with reference to the range history. 高周波信号を空間に向けて放射する一方、上記空間に存在している目標に反射された上記高周波信号の一部を受信し、その受信信号のレンジ方向の分解能をレンジ圧縮して、上記受信信号のレンジ方向の振幅特性であるレンジプロフィールを取得する一連の処理をレーダと目標間の相対位置を変えながら繰り返すことで、上記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取得するレンジヒストリ取得回路と、上記レンジヒストリ取得回路により取得されたレンジヒストリで、不要な並進運動によって発生するレーダと目標間の不要な距離変化を補償する並進運動補償回路と、上記並進運動補償回路により距離変化が補償されたレンジヒストリで、上記目標における高周波信号の各反射点で、回転運動によって発生するレンジ方向のぼけを補償する回転レンジセル移動補償回路と、上記回転レンジセル移動補償回路によりレンジ方向のぼけが補償されたレンジヒストリの中で、各レンジのヒット方向のデータ列の位相項を特定し、上記位相項に含まれている2次の位相変化の係数である2次位相係数の候補となる複数の候補値の確からしさをレンジセル毎に評価し、各候補値の評価結果のレンジ方向の分布を出力する2次位相係数候補評価回路と、上記2次位相係数候補評価回路から出力されたレンジ方向の分布である2次位相係数評価値分布が示す2次元画像上の軌跡の傾きと切片を特定し、上記軌跡の傾きと切片から上記2次位相係数のレンジに対する変化係数である2次位相係数レンジ変化係数を推定するとともに、上記2次位相係数が0になっているレンジを推定する2次位相係数推定回路と、上記2次位相係数推定回路により推定された2次位相係数レンジ変化係数に基づいて、上記目標の等価的な回転運動の角速度を推定する回転角速度換算回路と、上記2次位相係数推定回路により推定された2次位相係数レンジ変化係数と上記2次位相係数推定回路により推定された2次位相係数が0になっているレンジから、各レンジの2次位相変化を打ち消す補償量を算出し、上記補償量にしたがって上記回転レンジセル移動補償回路による補償後のレンジヒストリにおける各レンジの2次位相変化を補償する2次位相補償回路と、上記2次位相補償回路による補償後のレンジヒストリをヒット方向にフーリエ変換してレンジドップラー画像を生成するレーダ画像生成回路と、上記回転角速度換算回路により推定された回転運動の角速度に基づいて、上記レーダ画像生成回路により生成されたレンジドップラー画像上のドップラー周波数軸を物理的な長さであるクロスレンジ軸に換算するクロスレンジスケーリングを実施するクロスレンジスケーリング回路とを備えた画像レーダ装置。 While radiating a high-frequency signal toward the space, a part of the high-frequency signal reflected by the target existing in the space is received, and the resolution in the range direction of the received signal is subjected to range compression, and the received signal A range history acquisition circuit that acquires a range history that is a time history of the range profile by repeating a series of processes for acquiring a range profile that is an amplitude characteristic of the range direction while changing the relative position between the radar and the target, and The range history acquired by the range history acquisition circuit compensates for an unnecessary distance change between the radar and the target caused by unnecessary translation movement, and the distance change is compensated by the translation movement compensation circuit. In the range history, at each reflection point of the high-frequency signal at the above target, the range direction generated by the rotational motion The phase term of the data string in the hit direction of each range is specified in the range history in which the blur in the range direction is compensated by the rotational range cell movement compensation circuit and the rotational range cell movement compensation circuit. The likelihood of a plurality of candidate values that are candidates for the secondary phase coefficient that is the coefficient of the secondary phase change included in each is evaluated for each range cell, and the distribution in the range direction of the evaluation result of each candidate value is output. Identifying the slope and intercept of the trajectory on the two-dimensional image indicated by the secondary phase coefficient candidate evaluation circuit and the secondary phase coefficient evaluation value distribution that is the distribution in the range direction output from the secondary phase coefficient candidate evaluation circuit; A secondary phase coefficient range change coefficient that is a change coefficient with respect to the range of the secondary phase coefficient is estimated from the slope and intercept of the locus, and a range where the secondary phase coefficient is 0 is estimated. A second-order phase coefficient estimating circuit, and a rotational angular velocity conversion circuit for estimating an angular velocity of the target equivalent rotational motion based on the second-order phase coefficient range change coefficient estimated by the second-order phase coefficient estimating circuit; from range secondary phase factor estimated by the estimated by the secondary phase coefficient estimation circuit secondary phase coefficient range change coefficient and the secondary phase coefficient estimation circuit is 0, the secondary of each range A secondary phase compensation circuit that calculates a compensation amount that cancels the phase change and compensates a secondary phase change of each range in the range history after compensation by the rotation range cell movement compensation circuit according to the compensation amount, and the secondary phase compensation A radar image generation circuit that generates a range Doppler image by Fourier transforming the range history compensated by the circuit in the hit direction, and the rotation angular velocity conversion circuit. A cross range that performs cross range scaling that converts the Doppler frequency axis on the range Doppler image generated by the radar image generation circuit into a cross range axis that is a physical length based on the angular velocity of the determined rotational motion. An image radar apparatus comprising a scaling circuit.
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