JP5979868B2

JP5979868B2 - 画像レーダ装置

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Publication number: JP5979868B2
Application number: JP2011280046A
Authority: JP
Inventors: 山本　和彦; 山本　　和彦; 若山　俊夫; 俊夫若山
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-12-21
Filing date: 2011-12-21
Publication date: 2016-08-31
Anticipated expiration: 2031-12-21
Also published as: JP2013130472A

Description

本発明は、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、またはその推定結果に誤差が含まれる場合においても、距離の時間変化の影響で発生する画像のぼけを受信信号に基づいて補償することのできる画像レーダ装置に関するものである。

画像レーダ装置では、「送信機で高周波信号を発生して、これを、送受切換器、送受信アンテナを介して目標に照射し、目標で散乱された高周波信号の一部を、送受信アンテナ、送受切換器を介して受信機で受信し、受信信号のレンジ方向の分解能をレンジ圧縮により向上させて、レンジプロフィールを得る」という一連の処理を、目標とレーダの間の相対位置関係を変えながら繰り返し、得られたレンジプロフィールの時間履歴（以下ではレンジヒストリと呼ぶ）を、上記相対位置関係を考慮して合成することで、目標上の電波の反射強度分布を画像（以下ではレーダ画像）として得ている。

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］（以下ではファストタイムと呼ぶ）、または、それに電波の速度の１／２を乗じたレンジ［ｍ］で与えられる。もう一軸は、相対位置関係を変えながら行う観測の時刻（以下ではスロータイム、または単に観測時刻）と呼ぶこともある）、または、観測番号を表すヒットである。

レーダ画像を得る代表的なレーダとしては、合成開口レーダ（ＳｙｎｔｈｅｔｉｃＡｐｅｒｔｕｒｅＲａｄａｒ：ＳＡＲ）と、逆合成開口レーダ（ＩｎｖｅｒｓｅＳＡＲ：ＩＳＡＲ）が挙げられる。
このうち、ＳＡＲは例えば地表面などの観測対象を、レーダが空間内を移動しながら観測して、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て、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。一方、ＩＳＡＲでは、逆に、運動する目標をレーダで観測することで、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。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理解しやすい。

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に比べて、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のが困難なＩＳＡＲの方が、相対運動が未知または推定誤差が大きくなる状況は発生しやすい。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、ＩＳＡＲを特に区別せず、画像レーダと呼ぶ。なお、ＳＡＲとＩＳＡＲの中間、すなわち、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）も画像化は可能であり、これについても上記画像レーダの範疇に含める。

ある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となるので、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得る。

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想定では、レーダと反射点の軌道方向の位置が近くなるにつれ距離が近くなる。従って、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った時刻を、距離変化が０になった観測時刻として（もしくは、距離が最も小さくなった観測時刻として）が得ることができる。そして、この時刻と、相対運動情報であるレーダの速度、レーダの初期位置から、その点の軌道方向の位置（これがクロスレンジ位置に相当する）が特定できる。

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のは困難であり、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用いられる。
ここでは、相対運動によるレーダと目標上の反射点の距離の変化を、
「レーダと目標中心の間の距離の変化」と「目標中心を中心とした回転運動」の合成に運動により発生したと考えるモデルを採用する。

まず、目標に固定された座標系を考えると、この中でレーダは静止目標を観測しながら移動する。ここで、目標中心とレーダの間の距離を一定とするような補償した上で、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。すると、この座標系においては、レーダと目標中心は静止し、目標のみが目標中心を中心に回転する。すなわち、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した回転運動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（ｒｏｔａｔｉｏｎａｌｍｏｔｉｏｎ）に対する並進運動（ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎａｌｍｏｔｉｏｎ）と呼ばれることがあり、以下でもこの用語を用いる。

目標とレーダ間の距離が目標の大きさに比べて十分大きいとき、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、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。従って、この成分については正しく推定して補償を行う必要がある。この補償処理を並進運動補償と呼ぶ。

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変化を推定して、これ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、これを補償する位相補償に大別されることがある。ただ、いずれのぼけも観測中のレーダと目標の間の距離の変化に起因して発生したものであり、両者の補償は密接に関係する。

ここで、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、ある想定した瞬時時刻における位置が［ｒ_ｐｃｏｓθ_ｐ、ｒ_ｐｓｉｎθ_ｐ、ｚ］で与えられる点Ｐの、回転中心を基準とした距離Ｌ_ｐ［ｍ］、及び、距離変化に相当する＋ｘ方向のラジアル速度Ｖ_ｐ［ｍ／ｓ］は各々式（１）および式（２）で与えられる（回転軸が上記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に分離した場合の、レンジに直交する軸周りの回転の場合の成分のみが画像に影響するため、その角速度をωとみなせばよい。レンジ軸周りの回転の場合では各反射点の距離変化が生じないため、レーダ画像にも影響を及ぼさない）。

よって、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。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が、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Ｆ_ｐ［Ｈｚ］とすると、これは、電波の速度、すなわち光速をＣ［ｍ／ｓ］、送信周波数をＦ_{ｔｒａｎｓ}［Ｈｚ］として次式（３）のように表せる。

すなわち、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位置を表す。よって、レンジドップラー画像を得ることで、目標上の反射点の分布の２次元投影像を得ることができ、上記並進運動補償が、高品質なレーダ画像（レンジドップラー画像）を得る上での主要な課題の一つになる。
なお、厳密には、回転運動の影響によっても、各反射点は観測中に分解能セルを越えて移動して、画像がぼける可能性がある。これは、観測中の目標の総回転角が大きくなるにつれ、また、目標寸法が大きくなるにつれ顕著に現れる。このぼけを補償するためには、何らかの方法で回転の影響を推定し、これを補償する必要があるが、この補償は、並進運動補償の適用範囲外であり、以下では、回転によるぼけは発生はほとんど発生しない、すなわち、並進運動補償を行うのみで、レーダ画像は実用上問題ないレベルで結像するものとする。

並進運動補償法としては、各種のものが提案されている。例えば、特許文献１に記載のＰｈａｓｅＤｉｆｆｅｒｅｎｃｅ（以下ＰＤ）法や、特許文献２に記載のＰｈａｓｅＧｒａｄｉｅｎｔＡｕｔｏｆｏｃｕｓ（以下ＰＧＡ）法は、位相補償の範疇に含まれる並進運動補償法である。これらの方法は、各反射点が観測中、レンジヒストリ上の同じレンジ分解能セル内に留まるという仮定の下に各レンジセル毎にヒット方向に並ぶデータ列を分析し、そこから不要な位相変化を推定する。しかし、これらの方法では、観測中に各反射点がレンジセルを越えて移動するような場合に推定精度が劣化する問題となる。

上記の問題を解決するための一つの方法としては、位相補償の前段に、例えば、特許文献３に記載されるようなレンジ補償法等を適用して、各反射点を観測中に同じレンジセルに留めさせるようなものが考えられる。特許文献３の方法は、レンジヒストリ上に存在する各反射点の軌跡を画像上の同じ傾きの直線群とみなし、その傾き推定問題に帰着させてレンジ補償量を推定するものである。その推定では、レンジヒストリの振幅分布に２次元フーリエ変換を適用することで、上記各直線を、２次元スペクトル平面上の原点を通り、元の傾きに依存した傾きの直線上に変換し、上記傾き推定問題を定点（原点）を通る直線の検出問題に簡単化する。これにより、複数の反射点の軌跡の、干渉や遮蔽等による振幅変動等の影響を緩和してレンジ補償量を推定することができる。しかし、その適用範囲は、上記各軌跡が直線とみなせる場合、言い換えると距離の時間に対する２次以上の変化が小さい場合に限定される問題があった。

また、特許文献４や特許文献５では、短時間フーリエ変換等で得られるドップラー周波数の時間変化に基づいて位相の２次以上の変化を推定し、そこから距離の時間に対する２次以上の変化を推定する方法が述べられている。

米国特許第４９９９６３５号明細書米国特許第４９２４２２９号明細書特開平１０−２６８０４１号公報特開２０００−０８８９５５号公報特開２００６−３４３２９０号公報

上記の特許文献４や特許文献５に示された従来の方法では、位相の２次以上の変化を推定する課題は、特許文献１や特許文献２と共通するが、観測中の各反射点のレンジセルの移動の影響を吸収するために、注目する反射点付近の複数のレンジセルのデータをレンジ方向に総和する処理が追加されている。総和の幅を適切に設定することで、注目する反射点の位相変化の連続性が保たれることが期待されるが、総和により情報量も低下するため、これに起因する補償量推定誤差の増大も発生する問題があった。

この発明は、上記のような従来の問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、または、その推定精度が著しく低いという状況においても、必要な並進運動の補償がなされる画像レーダ装置を得ることを目的とする。

この発明に係る画像レーダ装置は、高周波信号を目標に対して照射し、目標で散乱された高周波信号の一部を受信し、受信信号のレンジ方向の分解能をレンジ圧縮してレンジプロフィールを得るという一連の処理を、目標とレーダの間の相対位置関係を変えながら繰り返し、得られたレンジプロフィールの時間履歴をレンジヒストリとし、レンジヒストリを、相対位置関係を考慮して合成することで、目標上の電波の反射強度分布を画像として得る画像レーダ装置において、レンジヒストリを、レンジまたはパルスの伝搬遅延時間に相当するファストタイム方向にフーリエ変換して得られるレンジスペクトルヒストリの、各レンジ周波数におけるスロータイム方向に並ぶ信号列の各ドップラー周波数の時間変化に基づいて、目標とレーダの間の距離変化によって発生する伝搬遅延時間のうちのスロータイムに対する２次成分の変化係数を推定する２次変化係数推定回路と、２次変化係数推定回路で推定された伝搬遅延時間の２次変化係数に基づいて、レンジヒストリに含まれる遅延時間の２次成分の影響で発生したレンジ、位相の変化を補償する２次補償回路とを備えたものである。

この発明の画像レーダ装置は、レンジヒストリを、レンジまたはパルスの伝搬遅延時間に相当するファストタイム方向にフーリエ変換して得られるレンジスペクトルヒストリの、各レンジ周波数におけるスロータイム方向に並ぶ信号列の各ドップラー周波数の時間変化に基づいて、目標とレーダの間の距離変化によって発生する伝搬遅延時間のうちのスロータイムに対する２次成分の変化係数を推定するようにしたので、目標とレーダの間の相対運動が未知、または、その推定精度が著しく低いという状況においても、必要な並進運動の補償を行うことができる。

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。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出力回路を示す構成図である。この発明の実施の形態１による画像レーダ装置の２次変化係数推定回路を示す構成図である。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周波数毎ドップラーヒストリ算出回路を示す構成図である。この発明の実施の形態１による画像レーダ装置のＦＴ型ドップラー変化係数評価指標分布算出回路を示す構成図である。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の模式図である。この発明の実施の形態１による画像レーダ装置のドップラーヒストリの模式図である。この発明の実施の形態１による画像レーダ装置のＦＴ型ドップラー変化係数評価指標分布算出回路の動作を説明する画像および画像スペクトルの模式図である。この発明の実施の形態１による画像レーダ装置のＦＴ型ドップラー変化係数評価指標分布算出回路の動作を説明する線積分結果の模式図である。この発明の実施の形態１による画像レーダ装置のＦＴ型ドップラー変化係数評価指標分布算出回路の動作を説明するドップラー変化係数評価指標分布の模式図である。この発明の実施の形態２による画像レーダ装置の２次変化係数推定回路を示す構成図である。この発明の実施の形態２による画像レーダ装置のＦＴ型２次変化係数算出回路を示す構成図である。この発明の実施の形態３による画像レーダ装置の２次変化係数推定回路を示す構成図である。この発明の実施の形態４による画像レーダ装置の２次変化係数推定回路を示す構成図である。この発明の実施の形態５による画像レーダ装置の２次変化係数推定回路を示す構成図である。この発明の実施の形態６による画像レーダ装置の２次変化係数推定回路を示す構成図である。この発明の実施の形態７による画像レーダ装置の２次変化係数推定回路を示す構成図である。この発明の実施の形態８による画像レーダ装置の２次変化係数推定回路を示す構成図である。この発明の実施の形態９による画像レーダ装置の２次変化係数推定回路を示す構成図である。この発明の実施の形態１０による画像レーダ装置の２次変化係数推定回路を示す構成図である。この発明の実施の形態１１による画像レーダ装置を示す構成図である。この発明の実施の形態１１による画像レーダ装置の２次変化係数推定前処理回路を示す構成図である。この発明の実施の形態１２による画像レーダ装置の２次変化係数推定前処理回路を示す構成図である。この発明の実施の形態１３による画像レーダ装置の２次変化係数推定前処理回路を示す構成図である。この発明の実施の形態１４による画像レーダ装置を示す構成図である。この発明の実施の形態１４による画像レーダ装置の複数データ抽出型２次変化係数推定回路を示す構成図である。この発明の実施の形態１５による画像レーダ装置の複数データ抽出型２次変化係数推定回路を示す構成図である。この発明の実施の形態１５による画像レーダ装置の２次変化係数推定部分回路を示す構成図である。この発明の実施の形態１６による画像レーダ装置の複数データ抽出型２次変化係数推定回路を示す構成図である。この発明の実施の形態１７による画像レーダ装置の複数データ抽出型２次変化係数推定回路を示す構成図である。

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に示す画像レーダ装置は、レンジヒストリ出力回路１０、第１の１次補償量推定／補償回路２０、２次補償回路３０、第２の１次補償量推定／補償回路４０、高次補償量推定／補償回路５０、画像再生回路６０、２次変化係数推定回路１００を備えている。

レンジヒストリ出力回路１０は、レーダ画像を生成するために必要なレンジプロフィールの時間履歴、すなわち、レンジヒストリを生成・出力する回路である。第１の１次補償量推定／補償回路２０は、レンジヒストリに含まれる不要な並進運動成分で発生する、レーダと目標中心の間の不要な距離変化のうちの時間に対する１次の変化成分を推定・補償する回路である。２次補償回路３０は、入力した時間遅延の２次の変化係数に基づき入力したレンジヒストリの２次の並進運動補償を行う回路である。第２の１次補償量推定／補償回路４０は、第１の１次補償量推定／補償回路２０と同様に、２次変化係数推定回路１００の後段側で、レンジヒストリに含まれる不要な並進運動成分で発生する、レーダと目標中心の間の不要な距離変化のうちの時間に対する１次の変化成分を推定・補償する回路である。高次補償量推定／補償回路５０は、入力されたレンジヒストリに含まれる並進運動の影響による高次の補償量を推定してこれを補償する回路である。画像再生回路６０は、入力されたレンジヒストリをクロスレンジ圧縮して反射強度分布についての２次元画像（レーダ画像）を得る回路である。２次変化係数推定回路１００は、不要な並進運動で発生した距離変化のうちの特に時間に対する２次成分を時間遅延換算したときの、その変化係数を推定する回路である。

図２は、この発明の実施の形態１によるレンジヒストリ出力回路１０の構成を示す図である。図示のように、レンジヒストリ出力回路１０は、送信機１１、送受切換器１２、送受信アンテナ１３、受信機１４、レンジ圧縮器１５を備えている。送信機１１は、高周波信号を発生する装置であり、送受切換器１２は、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１３は、目標に向けて電波を照射し、また、目標からの散乱電波を受けるアンテナであり、受信機１４は、送受信アンテナ１３で受信した信号を増幅・検波する装置である。レンジ圧縮器１５は、受信機１４で得られた受信信号のレンジ分解能を、送信波形の情報に基づいて高分解能化したレンジプロフィールを得る装置である。

図３は、この発明の実施の形態１による２次変化係数推定回路１００の構成を示す図である。
図示のように、２次変化係数推定回路１００は、入力した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スペクトルヒストリを生成するレンジスペクトルヒストリ算出回路１１０と、レンジスペクトルヒストリのレンジ周波数毎に、受信信号の各スロータイムにおけるドップラー周波数分布であるドップラーヒストリを算出するレンジ周波数毎ドップラーヒストリ算出回路１２０と、入力したドップラーヒストリを２次元画像とみなし、その画像上の反射点の軌跡の傾きであるドップラー１次変化係数の各候補の確からしさを表すドップラー変化係数評価指標分布を、２次元フーリエ変換の性質を利用して算出するＦＴ型ドップラー変化係数評価指標分布算出回路１３０と、上記ドップラー変化係数評価指標分布上の線積分結果に基づいて２次変化係数を推定する線積分型２次変化係数算出回路１４０を備えている。

図４は、この発明の実施の形態１によるレンジ周波数毎ドップラーヒストリ算出回路１２０の構成を示す図である。
図示のように、レンジ周波数毎ドップラーヒストリ算出回路１２０は、入力したレンジスペクトルヒストリについてのレンジ周波数ごとのヒット方向に並ぶデータ列を抽出するレンジ周波数毎データ抽出回路１２１と、入力したヒット方向に並ぶデータ列を時間周波数分析して、ドップラーヒストリを算出する時間周波数分析回路１２２を備えている。

図５は、この発明の実施の形態１によるＦＴ型ドップラー変化係数評価指標分布算出回路１３０の構成を示す図である。
図示のように、ＦＴ型ドップラー変化係数評価指標分布算出回路１３０は、入力した２次元画像を２次元フーリエ変換してその画像のスペクトル分布（画像スペクトル）を算出する画像スペクトル算出回路１３１と、画像スペクトルの原点を通り、元の画像上の傾きの各候補に対応した傾きの直線上の経路に沿って画像スペクトルの線積分を行う画像スペクトル線積分回路１３２と、各レンジ周波数、各候補傾きにおける線積分値を、各レンジ周波数における各候補ドップラー変化係数の確からしさの評価指標として蓄積するドップラー変化係数評価指標分布蓄積回路１３３とを備えている。

図６は、レンジヒストリの模式図である。
図７は、ドップラーヒストリの模式図である。
図８は、ＦＴ型ドップラー変化係数評価指標分布算出回路１３０の動作を説明する画像および画像スペクトルの模式図である。
図９は、ＦＴ型ドップラー変化係数評価指標分布算出回路１３０の動作を説明する線積分結果の模式図である。
図１０は、ＦＴ型ドップラー変化係数評価指標分布算出回路１３０の動作を説明するドップラー変化係数評価指標分布の模式図である。

以下、図１〜図１０を用いて、本実施の形態の処理内容を説明する。
レンジヒストリ出力回路１０では、従来の画像レーダ装置同様、「内部の送信機１１で高周波信号を発生し、これを、送受切換器１２、送受信アンテナ１３を介して目標に照射し、そして、目標により散乱された散乱電波の一部を送受信アンテナ１３で受けて、送受切換器１２を介して受信機１４で受信し、これを、レンジ圧縮器１５で一般的なパルス圧縮等の処理を利用してレンジ方向の分解能を向上したレンジプロフィールを得る」という一連の処理を、目標とレーダの間の相対位置関係を変えながら繰り返し、レンジヒストリを得る。

図６中の左図は、横軸が送信パルス番号を表すヒット、もしくはそれにパルス繰り返し周期を乗じて得られるパルス送信時刻相当のスロータイム［ｓ］、縦軸がレンジセル番号、もしくは、それにレンジサンプリング周期を乗じて得られるファストタイム［ｓ］または、ファストタイムに光速Ｃ［ｍ／ｓ］／２を乗じて得られるレンジ［ｍ］を表す。図中には同じ目標上の複数の反射点の軌跡を示している。これらの軌跡は、目標の移動の影響で、ヒットの増加に伴いレンジセルを越えて移動する。ただ、これらの反射点は同じ目標上の点であることから、その移動の仕方は図に示すようにほぼ同じと考えることができる。

第１の１次補償量推定／補償回路２０では、入力したレンジヒストリに含まれる１次の距離変化の影響の補償を実施する。例えば前述の特許文献３に記載されるような一般的な推定方法に基づいて距離の一次変化の影響を補償する。この方法では、レンジヒストリ上の複数の反射点の軌跡を２次元画像上の同じ傾きの直線群とみなし、その傾きの推定問題を、フーリエ変換の画像のスペクトル上の定点（原点）を通る直線の検出問題に簡単化して解く。

１次補償後のレンジヒストリは、例えば図６右のように表される。このレンジヒストリにおいては、レンジ変化の１次変化成分については正しく補償されている可能性があるものの、２次以上の成分の大きさによっては、非線形な曲線状の変化が残存する可能性がある。この非線形な成分の中では、低次の２次の成分が主体的になることが多く、以下この成分に注目する。なお、軌跡が曲線となった影響で、１次成分の補償も失敗している可能性がある。これについては、２次の補償で曲線の成分を除去した後に第２の１次補償量推定／補償回路４０で再度１次補償を行うことで対処する。２次変化係数推定回路１００では、入力したレンジヒストリに含まれる２次の距離変化量を推定する。

ここでは、複数回のパルス送信時刻に関するスロータイムをη、各パルス送信における、パルスの伝搬遅延時間に関するファストタイムをτで表す。各ηにおける並進運動の影響による２次の伝搬遅延時間の変化をΔτ_２（η）と表す。なお、光速をＣとして、Δτ_２（η）をＣ／２倍した値が、並進運動の影響による２次の距離変化に相当する。Δτ_２（η）は、２次の遅延時間変化の変化係数をｂ_２として、次式（４）で表せる。

２次変化係数推定回路１００では、このｂ_２を推定することを目的とする。この具体的な処理については後で詳述する。

２次補償回路３０では、入力した２次変化係数を用いて、入力したレンジヒストリの２次の遅延時間変化の影響を補償する。これは、上記Δτ_２（η）または、これをＣ／２倍したレンジ変化を用いる一般的な補償であり、これにより、レンジヒストリに含まれる２次のレンジセル移動及びドップラー周波数のセルの移動の原因の一つとなる２次の位相変化を同時に補償できる。これにより、レンジヒストリ上の軌跡が上記２次の遅延時間変化の影響で曲線であった場合にも、これを直線にすることができると期待される。ここで、更に、前述の第１の１次補償量推定／補償回路２０における１次補償が正しくなされていた場合には、各反射点を観測中同一レンジセルに留めることができると期待される。

次に、第１の１次補償量推定／補償回路２０の補償に誤差が残存する場合を考慮して、第２の１次補償量推定／補償回路４０により、２次補償後のレンジヒストリに対して再度１次補償を行う。これにより、仮に第１の１次補償量推定／補償回路２０の補償に誤差が残存していた場合にも、この誤差を補償して、各反射点を観測中同一レンジセルに留めることができる。

なお、第１の１次補償量推定／補償回路２０の処理を２回実施するのは冗長な処理であり、必要に応じてどちらかを省いた構成にしても構わない。
例えば、１段目の処理で１次変化を完全に補償できる見込みがある場合は２段目を省くことができる。
また、本実施の形態で、後述するようにレンジヒストリの全レンジのデータを用いて２次補償量を推定するような場合には、１段目を省略して、２次補償後に２段目だけを実施するのみでも有効に働くと考えられる。特に、１次補償を２段に分けて有効な場合としては、２次補償量推定時の雑音や干渉の影響低減を目的として、推定に用いる信号を特定の少数の反射点のものに絞りこむような場合などが考えられる。このような場合には、予め大まかにレンジ補償されていれば、そのレンジヒストリの特定のレンジ幅の信号のみを用いることで、そこに含まれる反射点数を低減できる。このような絞込みの処理は、本実施の形態には含まれていないが、後述する別の実施の形態には含まれている。これについては、その際に説明する。

次に、高次補償量推定／補償回路５０では、レンジヒストリに残存する可能性のある２次以上の高次の変化成分の影響を推定・補償する。既に、前段までで、各反射点は観測中同一レンジセルに留まっていると期待されるので、本発明で課題とするような、レンジ方向に反射点が移動することへの対象は不要であり、例えば特許文献１や特許文献２等の一般的な方法を用いて補償すればよい。

画像再生回路６０では、以上で並進運動の影響が補償されたレンジヒストリを信号処理して、目標上の反射強度分布に関する２次元画像をレーダ画像として生成する。例えば、レンジヒストリをヒット、すなわちスロータイム方向にフーリエ変換して、レンジ（もしくはファストタイム）とドップラー周波数を２軸とする画像を生成するものがある。これで得られる画像は、目標上の反射強度分布を、目標とレーダの間の相対位置関係と相対運動で定まる平面に投影した像となる。その他一般的なポーラーフォーマット法を適用して画像を生成しても構わない。ここの処理により、最終的に並進運動の影響によるぼけが低減されたレーダ画像が得られる。

レンジヒストリを、ファストタイムτとスロータイムηの関数として一般的にｇ（τ，η）と表す。
２次変化係数推定回路１００におけるレンジスペクトルヒストリ算出回路１１０では、このレンジヒストリをファストタイムτ方向にフーリエ変換して、レンジスペクトルのヒストリすなわちレンジスペクトルヒストリＧ_τ（ｆ_τ，η）を得る。ここに、ｆ_τは、ファストタイムに対応する周波数であり、以下レンジ周波数と呼ぶ。

ここで、時間遅延変化がΔτ（η）で与えられる反射点を考える。
Δτ（η）に対応する位相変化φ（ｆ_τ，η）は、次式（５）のようにｆ_τ毎に異なる形で与えられる。

従って、瞬時ドップラー周波数ｆ_ｄ（ｆ_τ，η）は次式（６）で与えられる。

ここで特に、Δτ（η）が式（４）に示した２次遅延時間変化Δτ_２（η）で表せるものとすると、ｆ_ｄ（ｆ_τ，η）は次式（７）のようになる。

すなわち、ドップラー周波数はηに対する１次関数になる。
ここで、次式のように、ドップラー周波数をスロータイムηで微分して、これを次式（８）のｕ_ｄ（ｆ_τ，η）と表す。

時間遅延が２次で表される場合は、ドップラー周波数の１次変化の係数（１次変化係数）は、上式に示されるように、ｆ_τ毎に異なる定数ｕ_ｄ（ｆ_τ）として与えられ、その各値−ｆ_τｂ_２と各々のレンジ周波数ｆ_τから、ｆ_τ毎に２次変化係数ｂ_２を算出できる。

本発明では、以上で示した関係に基づき、レンジ周波数毎に得られるｂ_２の推定値や、推定の際の何らかの中間結果を統合して推定することで、ｂ_２の推定精度を向上させる。なお、上記の説明ではτ、η、ｆ_τを連続量のように取り扱ったが、実際の信号処理では、これらは離散値として取り扱われることが多い。このことを踏まえ、以下では、これらを離散量としても表現しておく。

τとηについては、各々レンジセル番号ｎ（ｎ＝０，１，…，Ｎ−１）と、パルスヒット番号（以下では単にヒットと呼ぶこともある）ｈ（ｈ＝０，１，…，Ｈ−１）を用いて次式（９）（１０）のように離散化する。

ここにＮはレンジセル数、Ｈは画像再生に用いるデータにおける、照射した総パルス数でありヒット数と呼ぶこともある。また、Ｆ_ｓはレンジすなわちファストタイム方向のサンプリング周波数［Ｈｚ］、Ｆ_ｐｒｆはスロータイム方向のパルス繰り返し周波数［Ｈｚ］である。また、τ_ｃは、スロータイム軸上で、サンプリングを開始する遅延時間である。
レンジ周波数Ｆ_τ（ｍ）は、中心周波数Ｆ_ｃ［Ｈｚ］として次式（１１）で与えられる。

ここで、ｍ（ｍ＝−Ｎ／２，…，Ｎ／２−１）はレンジ周波数番号である。なお、この表記はＮが偶数である場合有効であるが、Ｎが奇数のときは、ｍ（ｍ＝−（Ｎ−１）／２，−（Ｎ−１）／２＋１，…，（Ｎ−１）／２）とすればよい。
レンジヒストリについても、Ｎレンジセル数×Ｈヒット数の２次元配列データｇ（ｎ，ｈ）（≡ｇ（τ（ｎ），η（ｈ）））として取り扱うことができる。

以下、２次変化係数推定回路１００において２次変化係数ｂ_２を算出する処理について説明する。レンジスペクトルヒストリ算出回路１１０では、レンジヒストリをレンジセル方向にフーリエ変換してレンジスペクトルヒストリＧ_τ（ｍ，ｈ）を得る。

レンジ周波数毎ドップラーヒストリ算出回路１２０では、入力したレンジスペクトルヒストリに対して、レンジ周波数毎かつスロータイム毎のドップラー周波数分布である、レンジ周波数毎ドップラーヒストリを算出する。
その内部のレンジ周波数毎データ抽出回路１２１では、レンジスペクトルヒストリＧ_τ（ｍ，ｈ）において、レンジ周波数ｆ_τ（ｍ）毎（ｍ毎）のヒット方向に並ぶデータ列を抽出して出力する。抽出データ列をＳ_ｍ（η）と表す。

次に、時間周波数分析回路１２２では、入力したデータ列に一般的な時間周波数分析を適用して、各スロータイムにおけるドップラーヒストリを得る。
一般的な時間周波数分析法の一つとしては短時間フーリエ変換（ＳｈｏｒｔＴｉｍｅＦｏｕｒｉｅｒＴｒａｎｓｆｏｒｍ：ＳＴＦＴ）が挙げられる。ＳＴＦＴでは、入力した時間波形に対して、ある設定したスロータイムηを中心とした信号を通過させ、それ以外の時間の信号を阻止させるような重みを乗算した後に、これをフーリエ変換することで、設定時間付近の信号に関するドップラー周波数分布を得る。
この処理を、設定した中心スロータイムをずらして複数回繰り返すことで、各スロータイムに対するドップラー周波数分布であるドップラーヒストリを得る。

時間波形に乗ずる重みとしては、適当な幅の矩形重みやＨａｎｎｎｉｎｇ、Ｔａｙｌｏｒ、Ｇａｕｓｓ等の一般的な重みを用いればよい。なお、重みとしてＧａｕｓｓ分布を用いた場合には、特別にＧａｂｏｒ変換と呼ばれることがあるが、これもＳＴＦＴの一種とみなしてよい。
なお、各設定時間におけるドップラー周波数分布を得る際に、処理負荷低減のために、重みの値が小さい範囲のデータ棄て、設定時間付近の信号のみを切り出してフーリエ変換するのでも構わない。これについてもＳＴＦＴの一種として取り扱う。

得られたドップラーヒストリをΓ_ｍ（ｆ_η，η）と表す。ここで、ｆ_η［Ｈｚ］はスロータイムに対する周波数であり、単にドップラー周波数と呼ぶ。
なお、スロータイムの離散化に関連して、ドップラー周波数ｆ_ηも次式（１２）のように離散化される。

ここで、ｋ（ｋ＝０，…，Ｈ−１）はドップラーセル番号である。

なお、ここでは、各スロータイム付近のドップラー周波数分布算出に用いる際のデータ長は、１／Ｆ_ｐｒｆ［ｓ］周期のＨヒット分として、重みがゼロのヒットも特に切り捨てず用いるという一番単純な処理を想定した式を示すが、切り出しにより用いるヒット数Ｈ’がＨより小さくなる場合や、逆にドップラー周波数分布詳細化を目的とした一般的なゼロ詰め補間によりヒット数Ｈ’をＨより増やした場合も、上式のＨをＨ’にすることで対応できる。

ドップラーヒストリの例は図７に示した通りであり、その信号に含まれる点数分の反射点の軌跡が現れる。この軌跡は、各反射点の遅延時間変化がスロータイムに対する２次以下の変化で与えられる場合には、直線となる。そして、各反射点が同じ目標に属することを踏まえると、これらの反射点遅延時間の２次変化は互いにほぼ等しいとみなせ、結果として、反射点の軌跡の傾きも等しくなると考えられる。すなわち、ドップラーヒストリ上の各軌跡の傾き推定問題は、２次元画像上に存在する複数の、同じ傾きの直線群の傾き推定問題と捉えることができる。

２次元画像上に存在する同じ傾きの直線群は、この画像を２次元フーリエ変換して得られる画像スペクトル上で、原点を通り、元の直線の傾きに依存した傾きの直線に変換される。この性質を利用することで、上記軌跡の傾き推定問題を、画像上の定点を通る直線の検出問題に簡単化できる。
ＦＴ型ドップラー変化係数評価指標分布算出回路１３０では、この点を踏まえてドップラーヒストリの振幅分布の画像スペクトルに基づき、レンジ周波数ｆ_τ毎に、ドップラー変化係数ｕ_ｄ（ｆ_τ）の各候補の確からしさを表すドップラー変化係数評価指標分布を得る。

画像スペクトル算出回路１３１では、入力した２次元画像Ｓ（ｙ，ｘ）につき、まず、その絶対値をとり、次に２次元フーリエ変換し、さらにその絶対値をとることで、その画像スペクトルＳ（ｆ_ｙ，ｆ_ｘ）を得る。これらの概念図は、図８に示した通りである。
なお、Ｓ（ｙ，ｘ）の、ｘ（ｘ＝０，１，…，Ｎ_ｘ−１），ｙ（ｙ＝０，１，…，Ｎ_ｙ−１）は画素番号を表し、Ｎ_ｘ，Ｎ_ｙはそれぞれの軸方向の画素数を表す。また、Ｓ（ｆ_ｙ，ｆ_ｘ）の、ｆ_ｘ（ｆ_ｘ＝０，１，…，Ｎ_ｘ−１），ｆ_ｙ（ｆ_ｙ＝０，１，…，Ｎ_ｙ−１）は各軸方向のスペクトル番号を表す。
前述のドップラーヒストリΓ_ｍ（ｆ_η，η）との関係では、ｘがドップラーセル番号ｋに、ｙがヒットｈに対応する。

一般的にｘ−ｙ空間平面上の傾きａ_０の直線は、ｆ_ｘ−ｆ_ｙ空間周波数平面上では、原点を通り傾きＡ_０が次式（１３）で与えられる直線となる。

傾きａをｘ軸方向に１画素進む間にｙ軸方向に進む画素数とすると、Ｓ（ｆ_ｙ，ｆ_ｘ）上の軌跡の、ｆ_ｘ軸方向に１画素進む間にｆ_ｙ軸方向に進む画素数Ａは、ｆ_ｘ，ｆ_ｙ軸方向の空間周波数分解能が各々１／Ｎ_ｘ，１／Ｎ_ｙで与えられることを踏まえると次式（１４）で与えられる。

いずれにしても、画像スペクトル上の傾きＡ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を算出できる。

特に、画像スペクトルＳ（ｆ_ｙ，ｆ_ｘ）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、この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。定点を通る直線の検出は、その点を通り傾きの様々に異なる経路に沿った画像スペクトルの線積分結果のピーク検出により実施することができる。
この考えに基づき、画像スペクトル線積分回路１３２では、入力画像上の直線群の傾ａとして予想される値を一つ以上用意して、各々に応じた画像スペクトル上の積分経路を積分経路群として設定する。

ａの候補値をａ_ｃａｎｄ（ｉ_ａ）（ｉ_ａ＝０，１，…，Ｎ_ａ−１：Ｎ_ａはａの候補数）とする。例えば、候補値として、ａ_ｃを中心としたＷ_ａ幅の等間隔値とする場合、ａ_ｃａｎｄ（ｉ_ａ）は次式（１５）のように与えられる。

ａ_ｃａｎｄ（ｉ_ａ）に対する画像スペクトル上の積分経路の傾きＡ_ｃａｎｄ（ｉ_ａ）は次式（１６）で与えられる。

次に、ｆ_ｙ方向の２Ｎ_ｙ点の位置ｆ_ｙ０（ｉ_ｙ）（ｉ_ｙ＝０，１，…，２Ｎ_ｙ−１）を次式（１７）のように設定する。

画像スペクトルのｆ_ｙ方向の画素番号が０からＮ_ｙ−１で与えられると想定し、次式（１８）でｆ_ｙ（ｉ_ｙ）を得る。

そして、各ｉ_ｙに対するｆ_ｘ方向の画素番号ｆ_ｘ（ｉ_ｙ）を次式（１９）で与える。

２Ｎ_ｙ組の（ｆ_ｘ（ｉ_ｙ），ｆ_ｙ（ｉ_ｙ））で画像スペクトル上の積分経路が設定される。

入力した画像スペクトルの振幅分布ｓ（ｙ，ｘ）と、各ａ_ｃａｎｄ（ｉ_ａ）に対する積分経路を設定する配列（ｆ_ｘ（ｉ_ｙ），ｆ_ｙ（ｉ_ｙ））に基づいて、画像スペクトルの振幅分布の線積分を行う。その際、ｆ_ｘ（ｉ_ｙ）の値が小数の場合があることを考慮して、ｆ_ｘ（ｉ_ｙ）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、ｆ_ｘ（ｉ_ｙ）より小さい側と大きい側の画素番号ｆ_{ｘｓｍｌ０}（ｉ_ｙ），ｆ_{ｘｌｒｇ０}（ｉ_ｙ）を、それぞれ次式（２０）（２１）で得る。

また、線形補間に用いるための、ｆ_ｘ（ｉ_ｙ）とｆ_{ｘｓｍｌ０}（ｉ_ｙ），ｆ_{ｘｌｒｇ０}（ｉ_ｙ）までの距離ｄ_ｓｍｌ（ｉ_ｙ），ｄ_ｌｒｇ（ｉ_ｙ）を次式（２２）（２３）で得る。

ｆ_{ｘｓｍｌ０}（ｉ_ｙ）とｆ_{ｘｌｒｇ０}（ｉ_ｙ）が、０かＮ_ｘ−１の間の外の値を指す場合があることを踏まえ、次式（２４）（２５）により、それぞれに対応する画素番号ｆ_ｘｓｍｌ（ｉ_ｙ），ｆ_ｘｌｒｇ（ｉ_ｙ）を得る。

以上を踏まえ、次に線積分を行う。その際、線積分用画像としては、
（ａ）Ｓ（ｆ_ｙ，ｆ_ｘ）をそのまま用いる方法
（ｂ）Ｓ（ｆ_ｙ，ｆ_ｘ）の原点からｆ_ｙ方向に離れるに従って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（ｆ_ｙ，ｆ_ｘ）の値を各ｆ_ｙにおいてＳ（ｆ_ｙ，＊）（ここで＊は、画像スペクトルのｆ_ｘ方向の画素番号０からＮ_ｘ−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画像スペクトル（以下、直線強調画像スペクトル）を用いる方法
（ｃ）上記の（ｂ）と同様の目的で、各ｆ_ｙの２乗総和値で画像スペクトルを正規化するが、その際、後段の処理を考慮して、上記正規化後の全画像スペクトルの画素の値を、さらに元のＳ（ｆ_ｙ，ｆ_ｘ）の全画素についての２乗総和値で割った画像スペクトル（以下総電力保持直線強調画像スペクトル）を用いる方法
等様々に考えられる。以下の説明では、上記（ａ）（ｂ）（ｃ）いずれの方法で得られた画像スペクトルについても、画像スペクトルＳ_１（ｆ_ｙ，ｆ_ｘ）と表現する。

次に、各ｉ_ｙに対する線積分用の値ｚ（ｉ_ｙ）を次式（２６）で得る。

なお、ここでは、隣接画素値の線形補間により画素値が小数で与えられた場合の値を得る方法を述べたが、これに限らず、隣接する画素値を用いた別の補間方法（例えば、スプライン補間や最小二乗に基づく補間等）を適用しても構わない。上記ｚ（ｉ_ｙ）を全ｉ_ｙについて総和することで、ａ_ｃａｎｄ（ｉ_ａ）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等、なんらかの重みＷ（ｉ_ｙ）を乗じて総和することも可能である。以下では、下式（２７）

により線積分値Ｚ_０を得ることにする。なお、重みＷ（ｉ_ｙ）については、その総和がある一定値Ｗ_ｔ、（ただしＷ_ｔ＞０）すなわち、次式（２８）を満足するように設定する。

特にＷ_ｔ＝２Ｎ_ｙ、Ｗ（ｉ_ｙ）＝１（ｉ_ｙ＝０，１，…，Ｎ_ｙ）とした場合に、ｚ（ｉ_ｙ）をそのまま総和したのと同じ結果が得られる。Ｗ_ｔ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（ｉ_ａ）を変えて繰り返し処理する際に、同じ値にさえ設定していればよい。

各ａ_ｃａｎｄ（ｉ_ａ）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Ｚ_０を、ｉ_ａに対する配列Ｚ_０（ｉ_ａ）に格納する。図９は、ａ_ｃａｎｄ（ｉ_ａ）に対する積分値Ｚ_０の関係を示している。画像スペクトル線積分回路１３２では、この配列を出力する。

さて、Ｚ_０（ｉ_ａ）の値は、積分経路が画像スペクトル上の軌跡に沿っていれば、言い換えるとａ_ｃａｎｄ（ｉ_ａ）が元の画像上の各軌跡の傾きに近ければ近いほど、図１０に示すように高い値になる。すなわち、この値が高い場合の傾きａ_ｃａｎｄ（ｉ_ａ）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。また、傾き候補ａ_ｃａｎｄ（ｉ_ａ）は、スロータイムが１ヒット進む間に変化するドップラーセル数の候補を表す。これは１ドップラーセルがＦ_ｐｒｆ／Ｈ［Ｈｚ］、１ヒットが１／Ｆ_ｐｒｆ［ｓ］であることを踏まえると、次式（２９）により、ドップラー周波数の１次変化係数の候補ｕ_ｃａｎｄ（ｉ_ａ）［Ｈｚ／ｓ］に換算できる。

すなわち、Ｚ_０（ｉ_ａ）は、ドップラー周波数の変化係数の候補u_ｃａｎｄ（ｉ_ａ）に対する確からしさを表すとも言える。

以上を踏まえ、ｕ_ｃａｎｄ（ｉ_ａ）に対するＺ_０（ｉ_ａ）の特性をドップラー変化係数評価指標分布と呼ぶ。
ドップラー変化係数評価指標分布蓄積回路１３３では、レンジ周波数ｆ_τ毎に入力したドップラーヒストリについて上述の画像スペクトル算出回路１３１、画像スペクトル線積分回路１３２を実施した結果得られるドップラー変化係数評価指標分布を、そのドップラー周波数の変化係数の候補と共に蓄積する。そして、ＦＴ型ドップラー変化係数評価指標分布算出回路１３０では、レンジ周波数毎ドップラー変化係数評価指標分布を出力する。

線積分型２次変化係数算出回路１４０では、入力したレンジ周波数毎ドップラー変化係数評価指標分布に基づき、遅延時間の２次係数を推定する。ドップラー変化係数評価指標分布のイメージを図１０に示す。
レンジ周波数毎ドップラー変化係数評価指標分布をＥｖ（ｕ_ｄ、ｆ_ｒ）と表す。ドップラー周波数の１次変化係数ｕ_ｄ（ｆ_ｒ）は、遅延時間が２次変化で与えられる場合、式（８）に示したようにレンジ周波数ｆ_τに比例して、かつ、その傾き−ｂ_２に遅延時間の２次変化係数ｂ_２の情報が含まれる。すなわち、ｂ_２の推定を、画像上の直線の傾き推定問題に帰着させて解くことができる。

線積分型２次変化係数算出回路１４０では、複数種類の２次変化係数ｂ_{２ｃａｎｄ}（ｉ_ｂ）（ｉ_ｂ＝０，１，…，Ｎ_ｂ−１）を想定する。そして各々のレンジ周波数ｆ_τ（ｍ）に対して、次式（３０）の変化係数候補ｕ_０（ｉ_ｂ，ｍ）を設定する。

そして、各ｉ_ｂについて、（ｆ_τ（ｍ），ｕ_０（ｉ_ｂ、ｍ））の組で定まる積分経路に沿ってＥｖ（ｕ_ｄ、ｆ_τ）を積分する。
その際、画像スペクトル線積分回路１３２の場合と同様、ｕ_０（ｉ_ｂ，ｍ）が小数の場合を考慮し、ｕ_０（ｉ_ｂ，ｍ）に隣接する整数画素の値を、ｕ_０（ｉ_ｂ，ｍ）の値に応じて線形補間した値Ｅ_ｉｎｔｐ（ｉ_ｂ，ｍ）を得る。そして、これを次式（３１）のように積分して各候補値番号ｉ_ｂについての線積分値を得る。

この値を最大とするｉ_ｂをｉ_ｂｅｓｔとする。線積分型２次変化係数算出回路１４０では、最終的に、遅延時間の２次変化係数の推定値ｂ_２ｅｓｔを、次式（３２）に示すように、上記線積分値が最大となった場合の２次変化係数候補とする。

２次補償回路３０以降の処理は前述の通りであり、２次変化係数推定回路１００で得られた遅延時間の２次変化係数を利用して最終的に結像した画像を得ることができる。

このように、実施の形態１では以下の（ａ）（ｂ）のような効果がある。
（ａ）目標上の各反射点がレンジ移動をする場合も、その信号の連続性を保つようにレンジヒストリをレンジ方向に信号処理した上で、スロータイム方向に並ぶデータを用いた推定処理を行うので、このような状況における２次遅延時間変化係数の推定精度、言い換えると、画像をぼけさせないための補償量の推定精度を向上させることができる。

（ｂ）レンジヒストリのレンジ方向の信号処理としては、従来技術で行われるような、単なるレンジ方向の総和ではなく、レンジ方向のフーリエ変換を行い、全レンジ周波数における信号を用いて推定処理を行うので、総和の場合の情報量の低下の影響を受けずに高精度に補償量を推定できる。

以上説明したように、実施の形態１の画像レーダ装置によれば、高周波信号を目標に対して照射し、目標で散乱された高周波信号の一部を受信し、受信信号のレンジ方向の分解能をレンジ圧縮してレンジプロフィールを得るという一連の処理を、目標とレーダの間の相対位置関係を変えながら繰り返し、得られたレンジプロフィールの時間履歴をレンジヒストリとし、レンジヒストリを、相対位置関係を考慮して合成することで、目標上の電波の反射強度分布を画像として得る画像レーダ装置において、レンジヒストリを、レンジまたはパルスの伝搬遅延時間に相当するファストタイム方向にフーリエ変換して得られるレンジスペクトルヒストリの、各レンジ周波数におけるスロータイム方向に並ぶ信号列の各ドップラー周波数の時間変化に基づいて、目標とレーダの間の距離変化によって発生する伝搬遅延時間のうちのスロータイムに対する２次成分の変化係数を推定する２次変化係数推定回路と、２次変化係数推定回路で推定された伝搬遅延時間の２次変化係数に基づいて、レンジヒストリに含まれる遅延時間の２次成分の影響で発生したレンジ、位相の変化を補償する２次補償回路とを備えたので、目標とレーダの間の相対運動が未知であったり、その推定精度が著しく低いという状況であったりした場合においても、必要な並進運動の補償を行うことができる。

また、実施の形態１の画像レーダ装置によれば、２次変化係数推定回路の前段に、目標とレーダの間の距離変化によって発生する伝搬遅延時間の１次変化の影響により発生したレンジ、位相の変化を推定し補償する１次補償量推定／補償回路を備えたので、さらに、入力したレンジヒストリに含まれる１次の距離変化の影響を補償することができる。

また、実施の形態１の画像レーダ装置によれば、２次変化係数推定回路の後段に、目標とレーダの間の距離変化によって発生する伝搬遅延時間の１次変化の影響により発生したレンジ、位相の変化を推定し補償する１次補償量推定／補償回路を備えたので、さらに、入力したレンジヒストリに含まれる１次の距離変化の影響を補償することができる。

また、実施の形態１の画像レーダ装置によれば、２次変化係数推定回路は、入力したレンジヒストリをレンジまたはファストタイム方向にフーリエ変換してレンジスペクトルヒストリを算出するレンジスペクトルヒストリ算出回路と、レンジスペクトルヒストリについて、レンジ周波数毎に、そのレンジ周波数におけるスロータイム方向に並ぶ信号列を分析して各スロータイムにおけるドップラー周波数分布であるドップラーヒストリを算出するレンジ周波数毎ドップラーヒストリ算出回路と、ドップラーヒストリにおいて、ドップラー周波数のスロータイムに対する変化のうちの１次成分に注目し、その１次変化係数の値の候補を複数設定した上で、各々の候補値について、その値が真の変化係数である確からしさを表す評価指標を算出し、これをドップラー変化係数評価指標分布として１次変化係数の候補値と共に出力するドップラー変化係数評価指標分布算出回路と、レンジ周波数毎に得られたドップラー変化係数評価指標分布を総合して、遅延時間の２次変化係数を推定する２次変化係数算出回路とを備えたので、目標とレーダの間の相対運動が未知であったり、その推定精度が著しく低いという状況であったりした場合においても、必要な並進運動の補償を行うことができる。

また、実施の形態１の画像レーダ装置によれば、レンジ周波数毎ドップラーヒストリ算出回路は、入力したレンジスペクトルヒストリから、レンジ周波数毎に、そのレンジ周波数におけるスロータイム方向に並ぶ信号列を抽出して、これを出力するレンジ周波数毎データ抽出回路と、入力した時刻方向に並ぶ信号列に、ある設定した中心時刻付近の信号を抽出するための重み乗算または切り出しを実施して得られた抽出信号をフーリエ変換することで、その時刻付近の信号の周波数分布を算出する処理を、中心時刻を変えて繰り返し、結果として得られる各中心時刻に対する周波数分布をドップラーヒストリとして出力する時間周波数分析回路とを備えたので、目標とレーダの間の相対運動が未知であったり、その推定精度が著しく低いという状況であったりした場合においても、必要な並進運動の補償を行うことができる。

また、実施の形態１の画像レーダ装置によれば、ドップラー変化係数評価指標分布算出回路は、入力した２次元画像としてのドップラーヒストリの振幅分布を２次元フーリエ変換、振幅検出してその画像のスペクトル分布としての画像スペクトルを算出する画像スペクトル算出回路と、入力した画像スペクトルの原点を通り、元の画像上の傾きの各候補に対応した傾きの直線上の経路に沿って画像スペクトルの線積分を行う画像スペクトル線積分回路と、ドップラーヒストリを画像とみなした場合の画像上の傾きの候補を、ドップラーヒストリのスロータイムの時間ステップとドップラー周波数のステップに基づいて、「傾きの候補×ドップラー周波数のステップ／スロータイムのステップ」でドップラー周波数の１次変化係数の候補に換算し、線積分結果をドップラー周波数の１次変化係数の各候補の確からしさを表すドップラー変化係数評価指標分布として蓄積するドップラー変化係数評価指標分布蓄積回路とを備えたので、目標とレーダの間の相対運動が未知であったり、その推定精度が著しく低いという状況であったりした場合においても、必要な並進運動の補償を行うことができる。

また、実施の形態１の画像レーダ装置によれば、２次変化係数算出回路は、遅延時間の２次変化成分によって発生したドップラー周波数の１次変化の係数（ｕ_ｄ）が、レンジ周波数（ｆ_τ）と、遅延時間の２次変化成分の係数（ｂ_２）に比例する（ｕ_ｄ＝−ｆ_τｂ_２）性質に基づき、設定した２次変化係数の候補それぞれについて、各レンジ周波数とそれに対応するドップラー周波数の１次変化係数の組で与えられるドップラー変化係数評価指標分布上の積分経路を設定し、その積分経路に沿った線積分値が最大となった２次変化成分の係数の候補を推定結果として出力する線積分型２次変化係数推定回路であるようにしたので、目標とレーダの間の相対運動が未知であったり、その推定精度が著しく低いという状況であったりした場合においても、必要な並進運動の補償を行うことができる。

また、実施の形態１の画像レーダ装置によれば、画像スペクトル算出回路および線積分型２次変化係数算出回路は、入力した２次元画像上に設定した線積分を実施する際、画像の指定画素番号が小数になる場合を想定し、その画素番号付近の整数画素番号における値を線形補間して、指定された小数画素における画素値を算出するようにしたので、推定精度の向上に寄与することができる。

実施の形態２．
図１１は、実施の形態２の画像レーダ装置における２次変化係数推定回路１００の構成を示す図である。
実施の形態２の２次変化係数推定回路１００は、レンジスペクトルヒストリ算出回路１１０、レンジ周波数毎ドップラーヒストリ算出回路１２０、ＦＴ型ドップラー変化係数評価指標分布算出回路１３０、ＦＴ型２次変化係数算出回路２１０を備えている。ここで、レンジスペクトルヒストリ算出回路１１０〜ＦＴ型ドップラー変化係数評価指標分布算出回路１３０は、実施の形態１と同様であるため、その説明は省略する。

ＦＴ型２次変化係数算出回路２１０は、入力したドップラー変化係数評価指標分布を２次元画像とみなし、その画像上の軌跡の傾きを２次元フーリエ変換の性質を利用して推定して、その推定結果に基づき、前記時間遅延の２次の変化係数を推定する回路である。

図１２は、実施の形態２におけるＦＴ型２次変化係数算出回路２１０の構成を示す図であり、画像スペクトル算出回路１３１と、画像スペクトル線積分回路１３２と、線積分最大傾き探索回路２１１と、２次変化係数換算回路２１２を備えている。画像スペクトル算出回路１３１と画像スペクトル線積分回路１３２は、実施の形態１と同様の構成であり、線積分最大傾き探索回路２１１は、線積分結果を最大とする傾きを探索する回路である。また、２次変化係数換算回路２１２は、線積分結果を最大とする傾きを２次変化係数に換算する回路である。

次に、これらの図を用いて、本実施の形態の内容を説明する。
本実施の形態は、実施の形態１における図３と図１１との比較から分かる通り、２次変化係数推定回路１００において、線積分型２次変化係数算出回路１４０がＦＴ型２次変化係数算出回路２１０に変わった部分のみが実施の形態１と異なる。

ＦＴ型２次変化係数算出回路２１０では、線積分型２次変化係数算出回路１４０と同様、入力したレンジ周波数毎ドップラー変化係数評価指標分布Ｅｖ（ｕ_ｄ，ｆ_τ）上の振幅の高い軌跡に注目して遅延時間の２次変化係数ｂ_２を推定する。
ここでは、次式（３３）で与えられる各レンジ周波数ｆ_τにおけるドップラー周波数の１次変化係数ｕ_ｄ（ｆ_τ）の、ｆ_τに関する１次微分γが、ｆ_τによらず一定で、かつ、Ｅｖ（ｕ_ｄ，ｆ_τ）上の軌跡の傾きに相当し、かつ、そこにｂ_２の情報が含まれることを踏まえ、ｂ_２の推定問題を画像上の直線の傾き推定問題に帰着させて解く。

画像上の直線の傾き推定問題を、２次元フーリエ変換の性質を利用して、画像スペクトル上の定点（原点）を通る直線の検出問題に簡単化する考え方については、実施の形態１のＦＴ型ドップラー変化係数評価指標分布算出回路１３０の説明の際に述べた。
ＦＴ型２次変化係数算出回路２１０でも、この考え方に基づき軌跡の傾きを推定し、これをｂ_２に換算する。

入力したレンジ周波数毎ドップラー変化係数評価指標分布Ｅｖ（ｕ_ｄ，ｆ_τ）を画像とみなし、この画像に対して画像スペクトル算出回路１３１で画像スペクトルを生成し、これを、画像スペクトル線積分回路１３２で画像上の軌跡の傾き候補毎に積分して、各傾き候補ａ_ｃａｎｄ（ｉ_ａ）に対する線積分値Ｚ_０（ｉ_ａ）を得てこれらを出力するまでの処理は、実施の形態１と同様である。

次に、線積分最大傾き探索回路２１１では、Ｚ_０（ｉ_ａ）を最大とするｉ_ａを探索し、そのときの傾き候補を、軌跡の傾きの推定値ａ_ｅｓｔとして出力する。
ここで得られた傾きは、レンジ周波数が１セル分増える間に、ドップラー周波数の１次変化係数候補が何ステップ変化したかを表す値であり、レンジ周波数が１［Ｈｚ］変化する間の、ドップラー１次変化係数［Ｈｚ／ｓ］の変化量に換算する必要がある。
２次変化係数換算回路２１２では、まず、この換算を行う。

レンジ周波数の１セルはＦ_ｓ／Ｎ［Ｈｚ］で与えられる。
ドップラー周波数の１次変化係数候補の１ステップは、ＦＴ型ドップラー変化係数評価指標分布算出回路１３０内の画像スペクトル線積分回路１３２で、線積分の傾きの１ステップをどのような値にしたかに依存する。ここでは、この値をΔａとおく（なお、この値は、傾き候補の設定例を示した式（１５）に基づくとＷ_ａ／Ｎ_ａと定まる）。
従って、ドップラー周波数の１次変化係数候補の１ステップは、式（２９）を踏まえてΔａＦ_ｐｒｆ ^２／Ｈとなる。よって、γの推定値γ_ｅｓｔは次式（３４）で得られる。

最終的に、式（３３）の関係に基づいて、このγ_ｅｓｔからｂ_２の推定値ｂ_２ｅｓｔを次式（３５）のように得る。

これ以前及び以降の処理は、実施の形態１と同じである。

このように、実施の形態２では、実施の形態１と同様の効果が得られると共に、ＦＴ型２次変化係数算出回路２１０を用いることにより、遅延時間の２次変化係数の推定を画像上の定点を通る直線の検出問題に簡単化して解けるので、推定精度が向上する。

以上説明したように、実施の形態２の画像レーダ装置によれば、実施の形態１の２次変化係数算出回路に代えて、入力した２次元画像として、レンジ周波数毎に得られたドップラー変化係数評価指標分布の振幅分布を２次元フーリエ変換、振幅検出してその画像スペクトルを算出する画像スペクトル算出回路と、入力した画像スペクトルの原点を通り、元の画像上の傾きの各候補に対応した傾きの直線上の経路に沿って画像スペクトルの線積分を行う画像スペクトル線積分回路と、傾き候補に対する線積分値分布を最大値とする傾き候補番号を探索し出力する線積分最大傾き探索回路と、線積分値を最大とする傾き候補を、入力したレンジ周波数毎ドップラー変化係数評価指標分布の、レンジ周波数のステップ幅、ドップラー変化係数のステップ幅を用いて「傾き候補×ドップラー変化係数のステップ幅／レンジ周波数のステップ幅」で、ドップラー周波数の１次変化係数のレンジ周波数に対する１次変化係数γを算出し、γ×（−１）により、遅延時間の２次変化係数ｂ_２の推定値を得るＦＴドップラー変化係数評価指標分布算出回路とを有するＦＴ型２次変化係数算出回路を備えたので、実施の形態１と同様の効果が得られると共に、さらに、推定精度を向上させることができる。

実施の形態３．
図１３は、実施の形態３における画像レーダ装置の２次変化係数推定回路１００の構成を示す図である。
実施の形態３の２次変化係数推定回路１００は、レンジスペクトルヒストリ算出回路１１０、レンジ周波数毎ドップラーヒストリ算出回路１２０、ＦＴ型ドップラー変化係数評価指標分布算出回路１３０、Ｈｏｕｇｈ型２次変化係数算出回路３１０を備えている。ここで、レンジスペクトルヒストリ算出回路１１０〜ＦＴ型ドップラー変化係数評価指標分布算出回路１３０は、実施の形態１と同様である。Ｈｏｕｇｈ型２次変化係数算出回路３１０は、遅延時間の２次変化係数の推定を画像上の直線の傾き推定問題に帰着させ、これを直線検出方法として一般的なＨｏｕｇｈ変換に基づいて推定する回路である。

次に、図１３を用いて、本実施の形態の内容を説明する。
本実施の形態においても、実施の形態２と同様、Ｅｖ（ｕ_ｄ，ｆ_τ）上の軌跡の傾きに基づいて遅延時間の２次変化係数ｂ_２を推定する。
実施の形態２では、Ｅｖ（ｕ_ｄ，ｆ_τ）を画像とみなし、この画像上の軌跡の傾きａ_ｅｓｔを２次元フーリエ変換の性質を利用して推定した。実施の形態３では、これを画像内の直線検出方法として一般的なＨｏｕｇｈ変換に基づき推定する。

Ｈｏｕｇｈ型２次変化係数算出回路３１０では、入力したＥｖ（ｕ_ｄ，ｆ_τ）を画像とみなし、その画像上の直線検出を行う。そして、その時得られる直線の傾きを軌跡の傾きの推定結果ａ_ｅｓｔとする。
次に、実施の形態２で説明した２次変化係数換算回路２１２と同様に、式（３４）によりγ_ｅｓｔを算出し、式（３５）により最終的に遅延時間の２次変化係数ｂ_２の推定値ｂ_２ｅｓｔを得る。これ以前及び以降の処理は実施の形態１または実施の形態２と同様である。

このように、実施の形態３によれば、実施の形態１と同様の効果が得られると共に、直線の傾き推定に一般的なＨｏｕｇｈ変換を用いるので、既に存在する一般的なＨｏｕｇｈ変換装置を流用して効率的に装置を構築できる。

以上説明したように、実施の形態３の画像レーダ装置によれば、実施の形態１の２次変化係数算出回路に代えて、入力した２次元画像として、レンジ周波数毎に得られたドップラー変化係数評価指標分布の振幅分布に、Ｈｏｕｇｈ変換を適用して直線を検出し、得られた直線の傾きを傾き候補として、これを入力したレンジ周波数毎ドップラー変化係数評価指標分布の、レンジ周波数のステップ幅、ドップラー変化係数のステップ幅を用いて「傾き候補×ドップラー変化係数のステップ幅／レンジ周波数のステップ幅」で、ドップラー周波数の１次変化係数のレンジ周波数に対する１次変化係数γを算出し、γ×（−１）により、遅延時間の２次変化係数ｂ_２の推定値を得るＨｏｕｇｈ型２次変化係数算出回路を備えたので、実施の形態１と同様の効果が得られると共に、一般的なＨｏｕｇｈ変換装置を流用して効率的に装置を構築することができる。

実施の形態４．
図１４は、実施の形態４における画像レーダ装置の２次変化係数推定回路１００の構成を示す図である。
実施の形態４の２次変化係数推定回路１００は、レンジスペクトルヒストリ算出回路１１０、レンジ周波数毎ドップラーヒストリ算出回路１２０、ＦＴ型ドップラー変化係数評価指標分布算出回路１３０、Ｆｉｔ型２次変化係数算出回路４１０を備えている。ここで、レンジスペクトルヒストリ算出回路１１０〜ＦＴ型ドップラー変化係数評価指標分布算出回路１３０は、実施の形態１と同様である。Ｆｉｔ型２次変化係数算出回路４１０は、遅延時間の２次変化係数の推定を画像上の直線の傾き推定問題に帰着させ、これを、各レンジ周波数における評価指標のピーク検出と、ピーク位置に対するフィッティングにより実現する回路である。

次に、図１４を用いて、本実施の形態の内容を説明する。
本実施の形態においても、実施の形態２、実施の形態３と同様に、Ｅｖ（ｕ_ｄ，ｆ_τ）を画像とみなし、この画像上に存在する軌跡の傾きに基づいて遅延時間の２次変化係数ｂ
_２を推定する。
本実施の形態では、Ｆｉｔ型２次変化係数算出回路４１０で、まず、Ｅｖ（ｕ_ｄ，ｆ_τ）の各ｆ_τ（ｍ）［Ｈｚ］におけるＥｖ（ｕ_ｄ，ｆ_τ）を最大とするｕ_ｄ［Ｈｚ／ｍ］であるｕ_ｄｍａｘ（ｍ）を得る。
次に、Ｎ組の（ｆ_τ（ｍ），ｕ_ｄｍａｘ（ｍ））のペアに対して一般的な１次の最小２乗法を適用して、（ｆ_τ（ｍ），ｕ_ｄｍａｘ（ｍ））に最もフィットする１次関数ｕ_ｄ＝γ_ｅｓｔｆ_τ＋ｕ_ｄ０を得る。ここで得られているγ_ｅｓｔは、式（３３）に示したドップラー周波数の１次変化係数のレンジ周波数に対する１次変化γの推定値であり、式（３４）で得られたγ_ｅｓｔ同様、式（３５）に基づいて、遅延時間の２次変化係数の推定値ｂ_２ｅｓｔに換算できる。これ以前及び以降の処理は実施の形態１〜３のいずれかと同様である。

このように、実施の形態４によれば、実施の形態１と同様の効果が得られると共に、直線の傾き推定に一般的で簡易なピーク検出＋最小二乗法を用いるので装置を簡単に構築でき、かつ処理負荷も低いという効果が得られる。

以上説明したように、実施の形態４の画像レーダ装置によれば、実施の形態１の２次変化係数算出回路に代えて、入力した２次元画像として、レンジ周波数毎ドップラー変化係数評価指標分布の振幅分布のレンジ周波数毎にピーク検出を適用して、振幅を最大とするドップラー変化係数を定め、レンジ周波数毎に定まったこの振幅最大ドップラー変化係数に１次の最小二乗法を適用して、レンジ周波数に対する振幅最大ドップラー変化係数を１次関数で近似し、その傾きを画像上の軌跡の傾きの候補とし、これを入力したレンジ周波数毎ドップラー変化係数評価指標分布の、レンジ周波数のステップ幅、ドップラー変化係数のステップ幅を用いて「傾き候補×ドップラー変化係数のステップ幅／レンジ周波数のステップ幅」で、ドップラー周波数の１次変化係数のレンジ周波数に対する１次変化係数γを算出し，γ×（−１）により、遅延時間の２次変化係数ｂ_２の推定値を得るＦｉｔ型２次変化係数算出回路を備えたので、実施の形態１と同様の効果が得られると共に、装置を簡単に構築でき、かつ処理負荷も低いという効果が得られる。

実施の形態５．
図１５は、実施の形態５の画像レーダ装置における２次変化係数推定回路１００の構成を示す図である。
実施の形態５の２次変化係数推定回路１００は、レンジスペクトルヒストリ算出回路１１０、レンジ周波数毎ドップラーヒストリ算出回路１２０、ＦＴ型ドップラー変化係数評価指標分布算出回路１３０、Ｃｏｕｎｔ型２次変化係数算出回路５１０を備えている。ここで、レンジスペクトルヒストリ算出回路１１０〜ＦＴ型ドップラー変化係数評価指標分布算出回路１３０は、実施の形態１と同様である。Ｃｏｕｎｔ型２次変化係数算出回路５１０は、各レンジ周波数におけるドップラー変化係数評価指標分布から各々の２次変化係数を推定し、推定値の出現分布に基づいて最終的な２次変化係数を推定する回路である。

次に、図１５に沿って本実施の形態の内容を説明する。
Ｃｏｕｎｔ型２次変化係数算出回路５１０では、まず、各ｆ_τ（ｍ）におけるＥｖ（ｕ_ｄ，ｆ_τ）を最大とするｕ_ｄ［Ｈｚ／ｍ］であるｕ_ｄｍａｘ（ｍ）をピーク探索に基づき決定する。
次に、式（８）に基づいて、各々次式（３６）のように遅延時間の２次変化係数ｂ_２の推定値ｂ_{２ｅｓｔ０}（ｍ）を得る。

２次変化係数ｂ_２はレンジ周波数に依存しないので、レンジ周波数毎に得られたｂ_{２ｅｓｔ０}（ｍ）も一致するはずである。しかし、誤差等の影響で、ばらつくこともありうる。そこで、ばらつきが生じることも考慮して、その出現分布からｂ_２ｅｓｔを推定する。

具体的には、
（ａ）値が大きく外れた、いわゆる外れ値を除いた全推定値の平均値を推定値とする方法（外れ値検出の閾値については、ばらつきの標準偏差を基準に設定する）
（ｂ）外れ値の影響を受けにくいように全推定値の中央値を推定値とする方法
（ｃ）外れ値の影響を受けにくいように全推定値の出現頻度が最大となった値を推定値する方法（その際必要に応じて、同じ値とみなしてよい値の幅を設定）
等が考えられる。
２次変化係数推定以前、および以降の処理は、これまでの実施の形態と同じである。

このように実施の形態５では、実施の形態１と同様の効果が得られると共に、複数レンジ周波数での推定結果を統合して判定する際、外れ値の影響を低減する処理を施しているので、外れ値の影響を受けにくいという効果がある。また、ピーク探索、外れ値除去、平均、中央値、カウント等、簡単な処理で構成されるので、構築が容易、処理負荷が低いという効果がある。

以上説明したように、実施の形態５の画像レーダ装置によれば、２次変化係数算出回路に代えて、入力したレンジ周波数毎ドップラー変化係数評価指標分布のレンジ周波数毎にピーク検出を適用して振幅を最大とするドップラー変化係数を定め、各々のレンジ周波数で「（−１）×そのレンジ周波数での振幅最大ドップラー変化係数／レンジ周波数」を算出して、これをそれぞれのレンジ周波数における２次変化係数の推定値とし、全レンジ周波数について得られた２次変化係数の推定値に基づいて最終的な２次変化係数を推定するＣｏｕｎｔ型２次変化係数算出回路を備えたので、実施の形態１と同様の効果が得られると共に、外れ値の影響を受けにくく、かつ、構築が容易で処理負荷が低いという効果がある。

また、実施の形態５の画像レーダ装置によれば、Ｃｏｕｎｔ型２次変化係数算出回路は、全レンジ周波数について得られた２次変化係数の推定値のうち、値が他から大きく外れたものを省いた上で、残りの平均値を２次変化係数の推定値として出力する手段を備えたので、構築が容易で処理負荷が低いという効果がある。

また、実施の形態５の画像レーダ装置によれば、Ｃｏｕｎｔ型２次変化係数算出回路は、全レンジ周波数について得られた２次変化係数の推定値の中央値を２次変化係数の推定値として出力する手段を備えたので、構築が容易で処理負荷が低いという効果がある。

また、実施の形態５の画像レーダ装置によれば、Ｃｏｕｎｔ型２次変化係数算出回路は、全レンジ周波数について得られた２次変化係数のうちの出現頻度が最大となった値を推定値として出力する手段を備えたので、構築が容易で処理負荷が低いという効果がある。

実施の形態６．
図１６は、実施の形態６の画像レーダ装置における２次変化係数推定回路１００の構成を示す図である。
実施の形態６の２次変化係数推定回路１００は、レンジスペクトルヒストリ算出回路１１０、レンジ周波数毎ドップラーヒストリ算出回路１２０、ＦＴ型ドップラー変化係数評価指標分布算出回路１３０、総合Ｃｏｕｎｔ型２次変化係数算出回路６１０を備えている。ここで、レンジスペクトルヒストリ算出回路１１０〜ＦＴ型ドップラー変化係数評価指標分布算出回路１３０は、実施の形態１と同様であるため、その説明は省略する。総合Ｃｏｕｎｔ型２次変化係数算出回路６１０は、各レンジ周波数におけるドップラー変化係数評価指標分布から各々の２次変化係数を推定し、推定値の出現分布に基づいて最終的な２次変化係数を推定する回路である。

次に、図１６を用いて、本実施の形態の内容を説明する。
本実施の形態でも、実施の形態５同様、式（３６）に基づいて各レンジ周波数における２次変化係数ｂ_２の推定値ｂ_{２ｅｓｔ０}（ｍ）を得る。
そして、次に、ばらつきを考慮して以下の３種類の方法で仮の推定値を得る。
（ａ）値が大きく外れた、いわゆる外れ値を除いた全推定値の平均値を推定値とする方法（外れ値検出の閾値については、ばらつきの標準偏差を基準に設定する）
（ｂ）外れ値の影響を受けにくいように全推定値の中央値を推定値とする方法
（ｃ）外れ値の影響を受けにくいように全推定値の出現頻度が最大となった値を推定値する方法

そして、次に（ａ）（ｂ）（ｃ）の全ての結果を用いた総合判定を行い、最終的な推定値を得る。
総合判定としては、
（ｄ１）結果の多数決
（ｄ２）それぞれの推定結果の加重平均（それぞれの推定方法に事前に重み付けしておく）
（ｄ３）結果の中央値
のいずれかを実施する。

このように、実施の形態６では、実施の形態５と同様の効果が得られると共に、実施の形態５と比較して、複数の指標（平均、中央、出現頻度）に基づく推定結果を用いて総合判定するので推定精度が向上する。

以上説明したように、実施の形態６の画像レーダ装置によれば、実施の形態１の２次変化係数算出回路に代えて、入力したレンジ周波数毎ドップラー変化係数評価指標分布のレンジ周波数毎にピーク検出を適用して振幅を最大とするドップラー変化係数を定め、各々のレンジ周波数で、「（−１）×そのレンジ周波数での振幅最大ドップラー変化係数／レンジ周波数」を算出して、これをそれぞれのレンジ周波数における２次変化係数の推定値とし、全レンジ周波数について得られた２次変化係数の推定値から、
（ａ）全レンジ周波数について得られた２次変化係数の推定値のうち、値が他から大きく外れたものを省いた上で，残りを平均した値
（ｂ）全レンジ周波数について得られた２次変化係数の推定値の中央値
（ｃ）全レンジ周波数について得られた２次変化係数のうちの出現頻度が最大となった値
を各々定め、これら（ａ）（ｂ）（ｃ）で得られた値のうちの出現頻度が最大となった値を推定値として出力する総合Ｃｏｕｎｔ型２次変化係数算出回路を備えたので、実施の形態１と同様の効果が得られると共に、さらに推定精度を向上させることができる。

また、実施の形態６の画像レーダ装置によれば、実施の形態１の２次変化係数算出回路に代えて、入力したレンジ周波数毎ドップラー変化係数評価指標分布のレンジ周波数毎にピーク検出を適用して振幅を最大とするドップラー変化係数を定め、各々のレンジ周波数で、「（−１）×そのレンジ周波数での振幅最大ドップラー変化係数／レンジ周波数」を算出して、これをそれぞれのレンジ周波数における２次変化係数の推定値とし、全レンジ周波数について得られた２次変化係数の推定値から、
（ａ）全レンジ周波数について得られた２次変化係数の推定値のうち、値が他から大きく外れたものを省いた上で、残りを平均した値
（ｂ）全レンジ周波数について得られた２次変化係数の推定値の中央値
（ｃ）全レンジ周波数について得られた２次変化係数のうちの出現頻度が最大となった値
を各々定め、これら（ａ）（ｂ）（ｃ）で得られた値の加重平均値を推定値として出力する総合Ｃｏｕｎｔ型２次変化係数算出回路を備えたので、実施の形態１と同様の効果が得られると共に、さらに推定精度を向上させることができる。

また、実施の形態６の画像レーダ装置によれば、実施の形態１の２次変化係数算出回路に代えて、入力したレンジ周波数毎ドップラー変化係数評価指標分布のレンジ周波数毎にピーク検出を適用して振幅を最大とするドップラー変化係数を定め、各々のレンジ周波数で、「（−１）×そのレンジ周波数での振幅最大ドップラー変化係数／レンジ周波数」を算出して、これをそれぞれのレンジ周波数における２次変化係数の推定値とし、全レンジ周波数について得られた２次変化係数の推定値から、
（ａ）全レンジ周波数について得られた２次変化係数の推定値のうち、値が他から大きく外れたものを省いた上で、残りを平均した値
（ｂ）全レンジ周波数について得られた２次変化係数の推定値の中央値
（ｃ）全レンジ周波数について得られた２次変化係数のうちの出現頻度が最大となった値
を各々定め、これら（ａ）（ｂ）（ｃ）で得られた値の中央値を推定値として出力する総合Ｃｏｕｎｔ型２次変化係数算出回路を備えたので、実施の形態１と同様の効果が得られると共に、さらに推定精度を向上させることができる。

実施の形態７．
図１７は、実施の形態７の画像レーダ装置における２次変化係数推定回路１００の構成を示す図である。
実施の形態７の２次変化係数推定回路１００は、レンジスペクトルヒストリ算出回路１１０、レンジ周波数毎ドップラーヒストリ算出回路１２０、ＦＴ型ドップラー変化係数評価指標分布算出回路１３０、評価指標分布総合型２次変化係数算出回路７１０を備えている。ここで、レンジスペクトルヒストリ算出回路１１０〜ＦＴ型ドップラー変化係数評価指標分布算出回路１３０は、実施の形態１と同様である。評価指標分布総合型２次変化係数算出回路７１０は、各レンジ周波数におけるドップラー変化係数評価指標分布の横軸を、レンジ周波数の値に基づいて変換した上で、各々のドップラー変化係数評価指標分布を総合して、これに基づいて最終的な２次変化係数を推定する回路である。

次に、図１７に沿って本実施の形態の内容を説明する。
本実施の形態では、各レンジ周波数ｆ_τ（ｍ）における、ドップラー周波数の１次変化係数ｕ_ｄの候補ｕ_ｃａｎｄ（ｉ_ａ）に対する評価指標分布をＥｖ（ｉ_ａ，ｍ）と表す。
これを式（８）の関係に基づいて、次式（３７）で得られるｂ_２の候補値ｂ_{２ｃａｎｄ}（ｍ，ｉ_ａ）に対する評価指標分布とみなす。

そして、次に、上記評価指標分布を、新たに設定したｂ_２の候補値ｂ_{２ｃａｎｄ２}（ｉ_ａ２）（ｉ_ａ２＝１，２，…）において、レンジ周波数方向に平均処理し、ｂ_{２ｃａｎｄ２}（ｉ_ａ２）に対する評価指標分布Ｚ_２（ｉ_ａ２）を得る。
なお、ｂ_{２ｃａｎｄ２}（ｍ，ｉ_ａ）とｂ_{２ｃａｎｄ２}（ｉ_ａ２）の値が一致しない場合は、そこにおけるＥｖ（ｉ_ａ，ｍ）の値も存在しない。そこで、ｂ_{２ｃａｎｄ２}（ｉ_ａ２）における評価指標値については、既にあるｕ_ｃａｎｄ（ｉ_ａ）に対する評価指標分布Ｅｖ（ｉ_ａ，ｍ）に基づいて、リサンプルした値を用いる。リサンプルの方法は一般的なもの、例えば、最近傍近似、線形近似、スプライン補間…を用いればよい。

最終的に、得られたＺ_２（ｉ_ａ２）を最大とするｂ_{２ｃａｎｄ２}（ｉ_ａ２）を遅延時間の２次変化係数の推定結果とする。
これ以外の処理はこれまでの実施の形態と同じである。

このように、実施の形態７では、実施の形態１と同様の効果が得られると共に、複数のレンジ周波数における評価指標分布を平均、すなわち積分処理した後に推定するので、不要信号の影響を低減して、推定精度が向上する。

以上説明したように、実施の形態７の画像レーダ装置によれば、実施の形態１の２次変化係数算出回路に代えて、入力したレンジ周波数毎ドップラー変化係数評価指標分布の２軸であるドップラー周波数の１次変化候補ｕ_ｄとレンジ周波数ｆ_τのうちのｕ_ｄの軸をレンジ周波数ｆ_τ毎に−１／ｆ_τ倍して、遅延時間の２次変化係数候補ｂ_２の軸に換算し、レンジ周波数毎ドップラー変化係数評価指標分布をレンジ周波数毎の２次変化係数の評価指標分布とみなした上で、これを適宜補間して、全レンジ周波数で同じ２次変化係数候補についての評価指標値をレンジ周波数方向に平均した値の分布を最終的な２次変化係数の評価指標分布とし、これを最大とする２次変化係数候補を遅延時間の２次変化係数の推定値として出力する評価指標分布総合型２次変化係数算出回路を備えたので、実施の形態１と同様の効果が得られると共に、さらに推定精度を向上させることができる。

実施の形態８．
図１８は、実施の形態８の画像レーダ装置における２次変化係数推定回路１００の構成を示す図である。
実施の形態８の２次変化係数推定回路１００は、レンジスペクトルヒストリ算出回路１１０、レンジ周波数毎ドップラーヒストリ算出回路１２０、Ｈｏｕｇｈ型ドップラー変化係数評価指標分布算出回路８１０、線積分型２次変化係数算出回路１４０を備えている。ここで、レンジスペクトルヒストリ算出回路１１０、レンジ周波数毎ドップラーヒストリ算出回路１２０および線積分型２次変化係数算出回路１４０は、実施の形態１と同様である。Ｈｏｕｇｈ型ドップラー変化係数評価指標分布算出回路８１０は、Ｈｏｕｇｈ変換に基づいてドップラー変化係数評価指標分布を算出する回路である。

次に、図１８を用いて、本実施の形態の内容を説明する。
Ｈｏｕｇｈ型ドップラー変化係数評価指標分布算出回路８１０では、レンジ周波数毎に入力したドップラーヒストリに対して、傾きと切片（例えばｘ−ｙ平面内の直線ｙ＝ａｘ＋ｂにおける傾きａと切片ｂ）を様々に仮定して画像の線積分を実施した結果を、傾きａ−切片ｂ平面の各位置に配置し、そのピーク位置から画像内に存在する直線の傾きａと切片ｂを推定するＨｏｕｇｈ変換を利用して、次に、「設定した各傾きにおける全ｂの線積分最大値」を各傾き候補ａ_ｃａｎｄ（ｉ_ａ）についての確からしさの評価指標Ｚ_０（ｉ_ａ）とする。なお、線積分においては、指定されたドップラー周波数位置が小数になる可能性がある。この場合は既に説明した段落［００６４］から［００６７］付近に示した実施の形態１と同様の処理により隣接する画素の補間により値を求めれば良い。
これらを用いた２次変化係数の推定方法は実施の形態１と同じである。

なお、図には表記しないが、図１８の線積分型２次変化係数算出回路１４０を、ＦＴ型２次変化係数算出回路２１０（実施の形態２）、Ｈｏｕｇｈ型２次変化係数算出回路３１０（実施の形態３）、Ｆｉｔ型２次変化係数算出回路４１０（実施の形態４）、Ｃｏｕｎｔ型２次変化係数算出回路５１０（実施の形態５）、総合Ｃｏｕｎｔ型２次変化係数算出回路６１０（実施の形態６）、評価指標分布総合型２次変化係数算出回路７１０（実施の形態７）のいずれかに変えて各々既に説明した動作をしても良い。これは、以下の実施の形態においても同じであり、これ以下の実施の形態においては、説明を省略することもある。

このように、実施の形態８では、実施の形態１と同様の効果が得られると共に、一般的なＨｏｕｇｈ変換を用いるので汎用装置等を流用した効率的な構築が可能となる。

以上説明したように、実施の形態８の画像レーダ装置によれば、実施の形態１のドップラー変化係数評価指標分布算出回路に代えて、入力した２次元画像として、特定のレンジ周波数におけるドップラーヒストリの振幅分布ｆ（ｙ，ｘ）に、傾きａと切片ｂでｙ＝ａｘ＋ｂと定める積分経路に沿ってｆ（ｙ，ｘ）を積分する処理をａ，ｂを様々に変えて実施し、各ａにおける積分値の最大値を傾き候補に対する評価値とする処理を、レンジ周波数を変えて繰り返し、これを蓄積すると共に、傾き候補を、ドップラーヒストリのスロータイムの時間ステップとドップラー周波数のステップに基づいて、「傾きの候補×ドップラー周波数のステップ／スロータイムのステップ」でドップラー周波数の１次変化係数の候補に換算し、これを評価値の分布であるドップラー変化係数評価指標分布として出力するＨｏｕｇｈ型ドップラー変化係数評価指標分布算出回路を備えたので、実施の形態１と同様の効果が得られると共に、汎用装置等を流用した効率的な構築が可能となる。

また、実施の形態８の画像レーダ装置によれば、Ｈｏｕｇｈ型ドップラー変化係数評価指標分布算出回路は、入力した２次元画像上に設定した線積分を実施する際、画像の指定画素番号が小数になる場合を想定し、その画素番号付近の整数画素番号における値を線形補間して、指定された小数画素における画素値を算出するようにしたので、推定精度の向上に寄与することができる。

実施の形態９．
図１９は、実施の形態９の画像レーダ装置における２次変化係数推定回路１００の構成を示す図である。
実施の形態９の２次変化係数推定回路１００は、レンジスペクトルヒストリ算出回路１１０、レンジ周波数毎ドップラーヒストリ算出回路１２０、Ｆｉｔ型ドップラー変化係数評価指標分布算出回路９１０、線積分型２次変化係数算出回路１４０を備えている。ここで、レンジスペクトルヒストリ算出回路１１０、レンジ周波数毎ドップラーヒストリ算出回路１２０および線積分型２次変化係数算出回路１４０は、実施の形態１と同様である。Ｆｉｔ型ドップラー変化係数評価指標分布算出回路９１０は、各レンジ周波数におけるドップラーヒストリの、各スロータイムにおけるドップラー周波数分布の振幅最大ドップラー周波数の位置の検出結果に最小二乗法を適用して、スロータイムに対する振幅最大ドップラー周波数位置の変化を１次関数で近似した場合のその変化係数の推定値を得て、この値及び予想される推定誤差に基づいてドップラー変化係数評価指標分布を算出する回路である。

次に、図１９を用いて、本実施の形態の内容を説明する。
Ｆｉｔ型ドップラー変化係数評価指標分布算出回路９１０は、まず、レンジ周波数ｆ_τ（ｍ）毎に入力したドップラーヒストリの各スロータイムにおけるドップラー周波数分布の振幅最大ドップラー周波数の位置を検出する。
次に、こうして得られた各スロータイムと振幅最大ドップラー周波数の組に対して１次の最小二乗法を適用して、振幅最大ドップラー周波数の１次変化の係数の仮の推定値ｕ_ｅｓｔ０（ｍ）を得る。

次に、上記仮の推定値が誤差を有することを考慮して、レンジ周波数ｆ_τ（ｍ）毎に、候補１次変化係数ｕ_ｃａｎｄ（ｉ_ａ）、ドップラー変化係数評価指標分布Ｚ_０（ｉ_ａ）を算出する。ここでは、各々のレンジ周波数毎に、上記最小二乗法を適用した際の元データと１次関数の差のｒｍｓ値を利用してＺ_０（ｉ_ａ）を得る。
各スロータイムη（ｈ）における振幅最大ドップラー周波数の計測値をｆ_１（ｈ）、一次直線上の値をｆ_ｆｉｔ（ｈ）とすると、次式（３８）によりｒｍｓ値σを得る。

Ｚ_０（ｉ_ａ）については、変化係数ｕ_ｃａｎｄ（ｉ_ａ）の中心（平均）がｕ_ｅｓｔ０（ｍ）、標準偏差がασ（ここにαは事前に設定した定数）のガウス分布や、同じく、変化係数ｕ_ｃａｎｄ（ｉ_ａ）の中心（平均）がｕ_ｅｓｔ０（ｍ）、幅がασの矩形分布、その他一般的な分布で与える。
全ｆ_τ（ｍ）で得られたＺ_０（ｉ_ａ）を、ここでは、レンジ周波数毎ドップラー変化係数評価指標分布として出力する。
なお、前式でσを用いずに、何らかの形で事前に設定した値をσとしても構わない。その際は、全式の計算は不要になる。
以下の処理は、これまでの実施の形態と同じである。

このように、実施の形態９では、実施の形態１と同様の効果が得られると共に、一般的な最小二乗法を用いて、ドップラー変化係数評価指標分布を生成するので汎用装置等を流用した効率的な構築が可能となり、また処理負荷も低い。

以上説明したように、実施の形態９の画像レーダ装置によれば、実施の形態１のドップラー変化係数評価指標分布算出回路に代えて、入力した２次元画像として、特定のレンジ周波数におけるドップラーヒストリの各スロータイムにおける振幅最大ドップラー周波数の探索結果を、１次の最小二乗法に基づいて１次関数に近似してその傾きを得て、１次関数の傾きにおける値を最大とし、そこから傾きの値が離れるにつれ値が小さくなるような形で傾き候補についての評価指標値を定める処理を、レンジ周波数を変えて繰り返し、これを蓄積すると共に、傾き候補を、ドップラーヒストリのスロータイムの時間ステップとドップラー周波数のステップに基づいて、「傾きの候補×ドップラー周波数のステップ／スロータイムのステップ」でドップラー周波数の１次変化係数の候補に換算し、これを評価値の分布であるドップラー変化係数評価指標分布として出力するＦｉｔ型ドップラー変化係数評価指標分布算出回路を備えたので、実施の形態１と同様の効果が得られると共に、汎用装置等を流用した効率的な構築が可能となり、また処理負荷も低いという効果がある。

また、実施の形態９の画像レーダ装置によれば、実施の形態１のドップラー変化係数評価指標分布算出回路に代えて、入力した２次元画像として、特定のレンジ周波数におけるドップラーヒストリの各スロータイムにおける振幅最大ドップラー周波数の探索結果を、１次の最小二乗法に基づいて１次関数に近似してその傾きを得ると共に、各スロータイムにおける振幅最大ドップラー周波数と１次関数より定まるドップラー周波数の差の２乗和の平方根の値をばらつき指標値として得て、１次関数の傾きにおける値を最大とし、これと各傾き候補値の差をばらつき指標値で割った値が大きくなるにつれて値が小さくなるような形で傾き候補についての評価指標値を定める処理を、レンジ周波数を変えて繰り返し、これを蓄積すると共に、傾き候補を、ドップラーヒストリのスロータイムの時間ステップとドップラー周波数のステップに基づいて、「傾きの候補×ドップラー周波数のステップ／スロータイムのステップ」でドップラー周波数の１次変化係数の候補に換算し、これを評価値の分布であるドップラー変化係数評価指標分布として出力するＦｉｔ型ドップラー変化係数評価指標分布算出回路を備えたので、実施の形態１と同様の効果が得られると共に、汎用装置等を流用した効率的な構築が可能となり、また処理負荷も低いという効果がある。

実施の形態１０．
図２０は、実施の形態１０の画像レーダ装置における２次変化係数推定回路１００の構成を示す図である。
実施の形態１０の２次変化係数推定回路１００は、レンジスペクトルヒストリ算出回路１１０、レンジ周波数毎ドップラーヒストリ算出回路１２０、２次変化係数候補設定型２次変化係数算出回路１０１０を備えている。ここで、レンジスペクトルヒストリ算出回路１１０およびレンジ周波数毎ドップラーヒストリ算出回路１２０は、実施の形態１と同様である。２次変化係数候補設定型２次変化係数算出回路１０１０は、遅延時間の２次変化係数の候補を設定し、これを、各レンジ周波数毎に、ドップラー周波数の１次変化係数の候補に換算した上で、各レンジ周波数毎に、そのドップラー１次変化係数候補についてのドップラー変化係数評価指標分布を生成し、これを、２次変化係数の候補毎に統合して、２次変化係数候補についての評価指標分布とした上で、これを最大とする２次変化係数候補を２次変化係数の推定値として出力する回路である。

次に、図２０を用いて、本実施の形態の内容を説明する。
本実施の形態では、実施の形態７同様、複数のレンジ周波数におけるドップラー周波数の１次変化係数候補に対する評価指標分布を統合した上で、これを用いて遅延時間の２次変化係数を推定する。
実施の形態７では、ドップラー周波数の１次変化係数候補が既に別途定まっているという前提であったため、この候補値をレンジ周波数に応じて補正して２次変化係数候補に直して、最終的に評価指標分布を統合する際に評価指標分布のリサンプル等を必要とした。ここでは、先に、全レンジ周波数で共通の２次変化係数候補ｂ_{２ｃａｎｄ２}（ｉ_ａ２）（ｉ_ａ２＝１，２，…））を設定し、これを、次式（３９）に基づいて、各レンジ周波数ｆ_τ（ｍ）ごとのドップラー周波数の１次変化係数候補ｕ_{ｃａｎｄ３}（ｉ_ａ２，ｍ）とする。

これを必要に応じて、式（２９）の関係に基づいて画像上の軌跡の傾き候補等に換算した上で、実施の形態１〜９で説明してきたＦＴ型ドップラー変化係数評価指標分布算出回路１３０、Ｈｏｕｇｈ型ドップラー変化係数評価指標分布算出回路８１０、ｆｉｔ型ドップラー変化係数評価指標分布算出回路９１０等で、各レンジ周波数毎に、上記ドップラー周波数の１次変化係数候補に対するドップラー変化係数評価指標分布を得る。

得られたｕ_{ｃａｎｄ３}（ｉ_ａ２，ｍ）に対する評価指標分布Ｚ_３（ｉ_ａ２，ｍ）は、そのまま全レンジ周波数共通のｂ_{２ｃａｎｄ２}（ｉ_ａ２）に対する評価指標分布になっている。
よって、これをそのままレンジ周波数方向に平均処理することで、実施の形態７と同じく、ｂ_{２ｃａｎｄ２}（ｉ_ａ２）に対する評価指標分布Ｚ_２（ｉ_ａ２）を得ることができる。このＺ_２（ｉ_ａ２）を最大とするｂ_{２ｃａｎｄ２}（ｉ_ａ２）をｂ_２の推定結果とするのは実施の形態７と同じである。

このように、実施の形態１０では、実施の形態７と同様の効果が得られると共に、実施の形態７に比べ、全レンジ周波数における評価指標分布を総和する際のリサンプル処理が不要になるので、リサンプル処理による性能劣化の排除、処理負荷低減が可能である。

以上説明したように、実施の形態１０の画像レーダ装置によれば、２次変化係数推定回路は、入力したレンジヒストリをレンジまたはファストタイム方向にフーリエ変換してレンジスペクトルヒストリを算出するレンジスペクトルヒストリ算出回路と、レンジスペクトルヒストリについて、レンジ周波数毎に、そのレンジ周波数におけるスロータイム方向に並ぶ信号列を分析して各スロータイムにおけるドップラー周波数分布であるドップラーヒストリを算出するレンジ周波数毎ドップラーヒストリ算出回路と、遅延時間の２次変化係数候補ｂ_{２ｃａｎｄ}（ｉ_ａ）を複数種類（ｉ_ａ＝０，１…）設定し、これを、レンジ周波数ｆ_τ（ｍ）（ｍ＝０，１…）毎に−ｆ_τ（ｍ）倍した値を、各レンジ周波数ｆ_τ（ｍ）におけるドップラー周波数の１次変化係数の候補ｕ_ｃａｎｄ（ｉ_ａ，ｍ）として設定し、この１次変化係数候補についての評価指標分布を生成するようにレンジ周波数毎ドップラーヒストリ算出回路に指示すると共に、各レンジ周波数、各ドップラー周波数の１次変化係数候補についての評価指標分布Ｅｖ（ｉ_ａ，ｍ）を、そのまま各レンジ周波数ｆ_τ（ｍ）、各２次変化係数候補ｂ_{２ｃａｎｄ}（ｉ_ａ）についての評価指標分布Ｅｖ（ｉ_ａ，ｍ）とみなし、これをレンジ周波数方向に平均処理して、最終的な２次変化係数候補についての評価指標分布を算出し、この評価指標分布を最大とする２次変化係数候補を２次変化係数の推定値とする２次変化係数候補設定型２次変化係数算出回路とを備えたので、実施の形態７と同様の効果が得られると共に、処理負荷の低減を図ることができる。

実施の形態１１．
図２１は、実施の形態１１の画像レーダ装置の構成を示す図である。
実施の形態１１の画像レーダ装置は、レンジヒストリ出力回路１０、第１の１次補償量推定／補償回路２０、２次補償回路３０、第２の１次補償量推定／補償回路４０、高次補償量推定／補償回路５０、画像再生回路６０、２次変化係数推定回路１００、２次変化係数推定前処理回路１１００を備えている。ここで、レンジヒストリ出力回路１０〜２次変化係数推定回路１００は、図１に示した実施の形態１と同様であるため、ここでの説明は省略する。２次変化係数推定前処理回路１１００は、入力したレンジヒストリを処理して出力する回路である。

図２２は、実施の形態１１における２次変化係数推定前処理回路１１００の構成を示す図である。
図示のように、２次変化係数推定前処理回路１１００は、入力したレンジヒストリに対してレンジ（ファストタイム）に依存して変化する重みを乗じて、その結果を出力する信号抽出重み回路１１１０を備えている。

全体構成としては、２次変化係数推定回路１００の直前に２次変化係数推定前処理回路１１００を追加した点のみがこれまでの実施の形態と異なる点である。従って、２次変化係数推定前処理回路１１００以外の処理としては、これまで説明してきたいずれの処理を用いてもよい。

信号抽出重み回路１１１０では、入力したレンジヒストリに対してレンジ（ファストタイム）に依存して変化する重みを乗じて、その結果を出力する。この目的としては、目標信号の存在しないレンジ領域の重みを十分小さくして、その領域の雑音の影響を低減、注目する反射点が含まれるレンジ以外の領域の重みを十分小さくして、ドップラーヒストリに含まれる反射点数を減らすことで、反射点間の干渉による推定精度劣化を回避、等がある。
これを実現するために、信号抽出重み回路１１１０では、抽出したいレンジセル付近の信号を適切に抽出するための重みを乗じる。例えば、注目するレンジを中心とした適当な幅の一般的な重み（例えば、矩形、ガウス、ハニング、ハミング、テイラー、チェビシェフ等）、または、一般的ではない形状の適当な重み（例えば、ある注目する複数の反射点の信号を抽出するために、一般的な重みをレンジ方向にずらして複数の通過帯域を持つようにしたもの、その他目的を踏まえて設定した任意形状の重み）を用いても構わない。
そして、重みを乗じた後のレンジヒストリを出力する。

このように、実施の形態１１では、実施の形態１〜１０と同様の効果が得られると共に、実施の形態１〜１０に比べ、ある少数の注目する反射点以外の信号や雑音信号を抑圧する効果があり、これによる推定精度向上が期待される。

以上説明したように、実施の形態１１の画像レーダ装置によれば、実施の形態１〜１０において、２次変化係数推定回路の前段側に、レンジヒストリ上のレンジ位置に応じた値の変換およびデータの切り出しのうち少なくともいずれかの処理を実施する２次変化係数推定前処理回路を備えたので、実施の形態１〜１０と同様の効果が得られると共に、さらに推定精度の向上に寄与することができる。

また、実施の形態１１の画像レーダ装置によれば、２次変化係数推定前処理回路は、抽出したいレンジ範囲付近の値が大きく、そこからレンジが遠ざかるにつれ値が小さくなる重みをレンジヒストリに乗算して、その結果を前処理後のレンジヒストリとして出力する信号抽出重み回路を備えたので、さらに推定精度の向上に寄与することができる。

また、実施の形態１１の画像レーダ装置によれば、２次変化係数推定前処理回路は、抽出したいレンジ範囲が離れたレンジ位置に複数ある場合に、これら複数のレンジ範囲付近の値が大きく、そこからレンジが遠ざかるにつれ値が小さくなる多峰性の重みをレンジヒストリに乗算して、その結果を前処理後のレンジヒストリとして出力する信号抽出重み回路を備えたので、さらに推定精度の向上に寄与することができる。

実施の形態１２．
図２３は、実施の形態１２の画像レーダ装置における２次変化係数推定前処理回路１１００の構成を示す図である。
実施の形態１２における２次変化係数推定前処理回路１１００は、入力したレンジヒストリに対して、ある注目するレンジ範囲のみを切り出した上で、これに、必要に応じてレンジ（ファストタイム）に依存して変化する重みを乗じた上で、その結果を出力する信号抽出重み切出回路１２１０を備えている。その他の構成は、実施の形態１１と同じであり、実施の形態１１と同様に、２次変化係数推定前処理回路１１００以外の処理としては、これまで説明してきたいずれの処理を用いてもよい。

信号抽出重み切出回路１２１０においては、入力したレンジヒストリにおいて、注目したレンジセル付近のレンジ範囲のデータのみを切り出す。これにより、レンジセル数Ｎが元の値より小さくなる。
そして、必要に応じて、この切り出したレンジヒストリに信号抽出重み回路１１１０と同様、適当な重みを乗じた上で、これを出力する。
信号抽出重み切出回路１２１０においても、信号抽出重み回路１１１０と同様に、目標信号の存在しないレンジ領域の重みを十分小さくして、その領域の雑音の影響を低減、注目する反射点が含まれるレンジ以外の領域の重みを十分小さくして、ドップラーヒストリに含まれる反射点数を減らすことで、反射点間の干渉による推定精度劣化を回避して、推定精度を向上させることを目的とするが、特に信号抽出重み回路１１１０と比較して、注目するレンジセル付近の信号のみを切り出すことで、データの点数を減らし、これ以降の処理における処理負荷を低減させることも目的とする。
こうして得られたレンジヒストリを出力する。

このように、実施の形態１２では、実施の形態１１と同様の効果が得られると共に、実施の形態１１に比べ、必要なレンジ範囲のレンジヒストリのみ用いることでデータ点数を減らすので、後段の処理の処理負荷低減が期待される。

以上説明したように、実施の形態１２の画像レーダ装置によれば、２次変化係数推定前処理回路は、抽出したいレンジ範囲の信号のみをレンジヒストリから切り出した上で、これに必要に応じてレンジ毎に異なる重みを乗算して、その結果を前処理後のレンジヒストリとして出力する信号抽出重み切出回路を備えたので、実施の形態１１と同様の効果が得られると共に、後段の処理負荷の低減に寄与することができる。

実施の形態１３．
図２４は、実施の形態１３の画像レーダ装置における２次変化係数推定前処理回路１１００の構成を示す図である。
実施の形態１３の２次変化係数推定前処理回路１１００は、入力したレンジヒストリに対して、ある注目するレンジ範囲のみを切り出し、これに、レンジ（ファストタイム）に依存して変化する重みを乗じて、重み乗算かつ切り出し後のレンジヒストリを得る処理を、異なるレンジ範囲で複数回繰り返し、得られた各レンジヒストリ加算して後段の処理に用いるレンジヒストリを生成する信号抽出重み切出加算回路１３１０を備えている。その他の構成は、実施の形態１１と同じであり、実施の形態１１同様、２次変化係数推定前処理回路１１００以外の処理としては、これまで説明してきたいずれの処理を用いてもよい。

信号抽出重み切出加算回路１３１０においては、入力したレンジヒストリにおいて、注目したレンジセル付近のレンジ範囲のレンジヒストリを切り出して重みを乗じる処理を、切り出し範囲を変えてＪ回繰り返し、全レンジヒストリをレンジ、ヒット毎に総和して後段の推定処理に用いるレンジヒストリを生成する。
これにより、レンジ位置が離れた反射点の信号を後段の処理で同時に用いることができるようになる。これと同じ効果を持つものとして、実施の形態１１で述べた重みで、重み形状を複峰性にするようなものがあるが、これに比べてレンジセル数の削減に基づく処理負荷低減効果がある。
なお、各レンジヒストリの切り出しレンジ幅Ｎ_ｊ（ｊ＝１，２，…，Ｊ））は必ずしも一致する必要はない。総和の際は、存在するレンジ幅の分だけ用いればよい。出力のレンジ幅は上記Ｎ_ｊの最大値となる。
こうして得られたレンジヒストリを出力する。

このように実施の形態１３では、実施の形態１１、１２と同様の効果が得られると共に、実施の形態１１に比べて、必要なレンジ範囲のレンジヒストリのみ用いることでデータ点数を減らすので、後段の処理の処理負荷低減が期待される。また、実施の形態１２に比べ、データ点数を減らしながら、離れた反射点の信号も使用できるようになるので、レンジ範囲が１の場合に比べ柔軟性が向上する。

以上説明したように、実施の形態１３の画像レーダ装置によれば、２次変化係数推定前処理回路は、抽出したいレンジ範囲の信号のみをレンジヒストリから切り出した上で、これに必要に応じてレンジ毎に異なる重みを乗算して、そのレンジ範囲の出力用レンジヒストリを生成する処理を、抽出したいレンジ範囲の種類の数だけ繰り返し、こうして得られた各出力用レンジヒストリをレンジ、スロータイム毎に加算して、その結果を前処理後のレンジヒストリとして出力する信号抽出重み切出加算回路を備えたので、実施の形態１１、１２と同様の効果が得られると共に、後段の処理負荷の低減化や構成の柔軟化に寄与することができる

実施の形態１４．
図２５は、実施の形態１４の画像レーダ装置の構成を示す図である。
実施の形態１４の画像レーダ装置は、レンジヒストリ出力回路１０、第１の１次補償量推定／補償回路２０、２次補償回路３０、第２の１次補償量推定／補償回路４０、高次補償量推定／補償回路５０、画像再生回路６０、データ複数抽出型前処理回路１４１０、複数データ抽出型２次変化係数推定回路１４２０を備えている。ここで、レンジヒストリ出力回路１０〜画像再生回路６０は、図１に示した実施の形態１と同様であるため、ここでの説明は省略する。データ複数抽出型前処理回路１４１０は、入力したレンジヒストリについて、レンジ範囲やレンジ方向の重みを必要に応じて変えたレンジヒストリを出力する回路であり、複数データ抽出型２次変化係数推定回路１４２０は、入力した複数種類のレンジヒストリの各々について遅延時間の２次変化係数を推定して、各推定結果を統合して、最終的な２次変化係数の推定結果を出力する回路である。

図２６は、本実施の形態の複数データ抽出型２次変化係数推定回路１４２０の構成図である。
実施の形態１４の複数データ抽出型２次変化係数推定回路１４２０は、２次変化係数推定回路１００と２次変化係数推定結果統合判定回路１４２１を備えている。２次変化係数推定回路１００は、既に実施の形態１から実施の形態１０で詳述した２次変化係数推定回路であり、入力したレンジヒストリ数に応じて複数個用意されている。これらは、同じ種類であっても異なる種類であっても構わない。また、２次変化係数推定結果統合判定回路１４２１は、各々の２次変化係数推定回路で推定された２次変化係数推定結果を統合して最終的な２次変化係数推定結果を得る回路である。これ以外の処理は、これまでの実施の形態と同じである。

次に、実施の形態１４の内容について説明する。
本実施の形態では、入力するレンジヒストリや２次変化係数の推定方法を複数種類変えて２次変化係数を複数回推定し、得られた結果を総合判定して最終的な２次変化係数を得る。
データ複数抽出型前処理回路１４１０では、これまでの実施の形態で説明したような、重みまたは切り出しレンジ幅を変えたレンジヒストリを複数、または、異なる種類の推定方法を適用することを想定して、同一のレンジヒストリを複数、または、これらの組み合わせの複数のレンジヒストリを、後段の２次変化係数推定回路１００の構成に応じて出力する。

次に、各々の２次変化係数推定回路１００では、入力したレンジヒストリを用いて遅延時間の２次変化係数を推定する。その推定に用いる構成としては、実施の形態１から実施の形態１０に用いるいずれのものでも構わない。各々、得られた推定値がばらつくことを考慮し、その出現分布からその出現分布から最終的な推定値を推定する。
具体的には、
（ａ）値が大きく外れた、いわゆる外れ値を除いた全推定値の平均値を推定値とする方法（外れ値検出の閾値については、ばらつきの標準偏差を基準に設定する）
（ｂ）外れ値の影響を受けにくいように全推定値の中央値を推定値とする方法
（ｃ）外れ値の影響を受けにくいように全推定値の出現頻度が最大となった値を推定値する方法
（ｄ）上記の（ａ）〜（ｃ）の結果の多数決
（ｅ）上記の（ａ）〜（ｃ）の結果の加重平均（それぞれの推定方法に事前に重み付けしておく）
（ｆ）上記の（ａ）〜（ｃ）の結果の中央値
などを実施する。

このように、実施の形態１４によれば、これまでの実施の形態と同様の効果が得られると共に、切り出し範囲や重みを変えた複数のレンジヒストリを用いることで、雑音や干渉の影響を低減しながらも、推定に用いる情報量を増やすことができるので、これに基づく推定精度向上が期待される。また、複数種類の方法に基づく推定により、各々の方法の失敗の影響を低減できるので推定精度が向上する。

以上説明したように、実施の形態１４の画像レーダ装置によれば、高周波信号を目標に対して照射し、目標で散乱された高周波信号の一部を受信し、受信信号のレンジ方向の分解能をレンジ圧縮してレンジプロフィールを得るという一連の処理を、目標とレーダの間の相対位置関係を変えながら繰り返し、得られたレンジプロフィールの時間履歴をレンジヒストリとし、レンジヒストリを、相対位置関係を考慮して合成することで、目標上の電波の反射強度分布を画像として得る画像レーダ装置において、入力したレンジヒストリを、実施の形態１１から実施の形態１３のいずれかに記載した２次変化係数推定前処理回路で処理したレンジヒストリ、または、入力したレンジヒストリを変換しないままのレンジヒストリ、またはこれらの混合を複数種類生成し、これを各々出力するデータ複数抽出型前処理回路と、入力した複数のレンジヒストリを用いて遅延時間の２次変化係数を総合的に推定する複数データ抽出型２次変化係数推定回路と、複数データ抽出型２次変化係数推定回路で推定された伝搬遅延時間の２次変化係数に基づいて、レンジヒストリに含まれる遅延時間の２次成分の影響で発生したレンジ、位相の変化を補償する２次補償回路とを備えたので、実施の形態１と同様の効果が得られると共に、推定精度の向上に寄与することができる。

また、実施の形態１４の画像レーダ装置によれば、複数データ抽出型２次変化係数推定回路は、実施の形態１に記載した２次変化係数推定回路を１種類または複数種類備え、入力した複数のレンジヒストリのいずれかを処理して遅延時間の２次変化係数を推定して出力する１つ以上の２次変化係数推定回路と、１つ以上の２次変化係数推定回路で得られた２次変化係数の複数の推定結果について、
（ａ）値が大きく外れた値である外れ値を除いた全推定値の平均値を推定値とする方法（外れ値検出の閾値については、ばらつきの標準偏差を基準に設定する）
（ｂ）全推定値の中央値を推定値とする方法
（ｃ）全推定値の出現頻度が最大となった値を推定値する方法
（ｄ）（ａ）〜（ｃ）の結果の多数決
（ｅ）（ａ）〜（ｃ）の結果の加重平均（それぞれの推定方法に事前に重み付けしておく）
（ｆ）（ａ）〜（ｃ）の結果の中央値
のいずれか一つ以上の方法で最終的な２次変化係数の推定値を得る２次変化係数推定結果統合判定回路を備えたので、実施の形態１と同様の効果が得られると共に、推定精度の向上に寄与することができる。

実施の形態１５．
図２７は、実施の形態１４の画像レーダ装置における複数データ抽出型２次変化係数推定回路１４２０の構成を示す図である。
実施の形態１５の複数データ抽出型２次変化係数推定回路１４２０は、複数の２次変化係数推定部分回路１５１０と、複数データＣｏｕｎｔ型２次変化係数算出回路１５２０を備えている。複数の２次変化係数推定部分回路１５１０は、入力したレンジヒストリについて、ドップラー周波数の１次変化係数の評価指標分布を算出する回路であり、複数設けられている。複数データＣｏｕｎｔ型２次変化係数算出回路１５２０は、入力した複数のドップラー変化係数評価指標分布に基づいて２次変化係数を推定する回路である。他の構成は、実施の形態１４と同様である。

図２８は、２次変化係数推定部分回路１５１０の構成を示す図である。
図示のように、２次変化係数推定部分回路１５１０は、レンジスペクトルヒストリ算出回路１１０、レンジ周波数毎ドップラーヒストリ算出回路１２０、ＦＴ型ドップラー変化係数評価指標分布算出回路１３０を備えている。これらレンジスペクトルヒストリ算出回路１１０〜ＦＴ型ドップラー変化係数評価指標分布算出回路１３０の構成は、例えば実施の形態１の図３で示したものと同様である。しかし、このうちのＦＴ型ドップラー変化係数評価指標分布算出回路１３０については、これまでの実施の形態で、同じ目的を持つ別の構成の回路を説明した。例えばＨｏｕｇｈ型ドップラー変化係数評価指標分布算出回路８１０、Ｆｉｔ型ドップラー変化係数評価指標分布算出回路９１０である。よって、ＦＴ型ドップラー変化係数評価指標分布算出回路１３０をこれら別の回路に変えてもよい。

次に、実施の形態１５の動作について説明する。
２次変化係数推定部分回路１５１０では、各々入力したレンジヒストリについて、ドップラー変化係数評価指標分布を算出して出力する。複数データＣｏｕｎｔ型２次変化係数算出回路１５２０では、入力した複数のドップラー変化係数評価指標分布に基づいて遅延時間の２次変化係数を推定する。
まず、各々のｚ番目の入力ドップラー変化係数評価指標分布の各レンジ周波数におけるピーク位置から、それぞれの、１次変化係数ｕ_ｄｍａｘ（ｍ，ｚ）をピーク探索に基づき決定する。
次に、式（８）に基づいて、各々次式（４０）のように遅延時間の２次変化係数ｂ_２の推定値ｂ_{２ｅｓｔ０}（ｍ，ｚ）を得る。

ｍ、ｚを変えて得られた複数の２次変化係数推定値ｂ_{２ｅｓｔ０}（ｍ，ｚ）にばらつきが生じることも考慮して、その出現分布からｂ_２ｅｓｔを推定する。

具体的には、
（ａ）値が大きく外れた、いわゆる外れ値を除いた全推定値の平均値を推定値とする方法（外れ値検出の閾値については、ばらつきの標準偏差を基準に設定する）
（ｂ）外れ値の影響を受けにくいように全推定値の中央値を推定値とする方法
（ｃ）外れ値の影響を受けにくいように全推定値の出現頻度が最大となった値を推定値する方法
（ｄ）上記の（ａ）〜（ｃ）の結果の多数決
（ｅ）上記の（ａ）〜（ｃ）の結果の加重平均（それぞれの推定方法に事前に重み付けしておく）
（ｆ）上記の（ａ）〜（ｃ）の結果の中央値
などを実施する。
２次変化係数推定以前、および以降の処理は、これまでの実施の形態と同じである。

このように実施の形態１５によれば、実施の形態１４と同様の効果が得られると共に、実施の形態１４と比較して、各々のレンジヒストリに対する推定結果を統合するのではなく、各々のレンジヒストリから得られたドップラー変化係数評価指標分布の各レンジ周波数における、仮の推定結果を統合して判定するので、より詳細な統合を実現できる。

以上説明したように、実施の形態１５の画像レーダ装置によれば、複数データ抽出型２次変化係数推定回路は、入力したレンジヒストリをレンジまたはファストタイム方向にフーリエ変換してレンジスペクトルヒストリを算出するレンジスペクトルヒストリ算出回路と、レンジスペクトルヒストリについて、レンジ周波数毎に、そのレンジ周波数におけるスロータイム方向に並ぶ信号列を分析して各スロータイムにおけるドップラー周波数分布であるドップラーヒストリを算出するレンジ周波数毎ドップラーヒストリ算出回路と、ドップラーヒストリにおいて、ドップラー周波数のスロータイムに対する変化のうちの１次成分に注目し、その１次変化係数の値の候補を複数設定した上で、各々の候補値について、その値が真の変化係数である確からしさを表す評価指標を算出し、これをドップラー変化係数評価指標分布として１次変化係数の候補値と共に出力するドップラー変化係数評価指標分布算出回路とからなる２次変化係数推定部分回路と、レンジ周波数毎ドップラー変化係数評価指標分布に対して、レンジ周波数毎にピーク検出を適用して振幅を最大とするドップラー変化係数を定め、各々のレンジ周波数で、「（−１）×そのレンジ周波数での振幅最大ドップラー変化係数／レンジ周波数」を算出して、これをそれぞれのレンジ周波数における２次変化係数の仮の推定値を得る処理を、入力したレンジヒストリ数に対応した複数の値の、レンジ周波数毎ドップラー変化係数評価指標分布のそれぞれに対して実施し、得られた複数レンジ周波数かつ複数レンジヒストリ数における２次変化係数の全ての仮の推定結果の分布に基づいて、最終的な２次変化係数の推定結果を得る複数データＣｏｕｎｔ型２次変化係数算出回路とを備えたので、実施の形態１４と同様の効果が得られると共に、より詳細な統合を実現することができる。

また、実施の形態１５の画像レーダ装置によれば、複数データＣｏｕｎｔ型２次変化係数算出回路は、２次変化係数の複数の仮の推定結果について、
（ａ）値が大きく外れた値である外れ値を除いた全推定値の平均値を推定値とする方法（外れ値検出の閾値については、ばらつきの標準偏差を基準に設定する）
（ｂ）全推定値の中央値を推定値とする方法
（ｃ）全推定値の出現頻度が最大となった値を推定値する方法
（ｅ）（ａ）〜（ｃ）の結果の多数決
（ｆ）（ａ）〜（ｃ）の結果の加重平均（それぞれの推定方法に事前に重み付けしておく）
（ｇ）（ａ）〜（ｃ）の結果の中央値
のいずれか一つ以上の方法で最終的な２次変化係数の推定値を得るようにしたので、実施の形態１４と同様の効果が得られると共に、より詳細な統合を実現することができる。

実施の形態１６．
図２９は、実施の形態１６の画像レーダ装置における複数データ抽出型２次変化係数推定回路１４２０の構成を示す図である。
実施の形態１６の複数データ抽出型２次変化係数推定回路１４２０は、複数の２次変化係数推定部分回路１５１０と、線積分型２次変化係数算出回路１４０と、ドップラー変化係数評価指標分布合成回路１６１０を備えている。ここで、２次変化係数推定部分回路１５１０は、実施の形態１５における２次変化係数推定部分回路１５１０と同様であり、線積分型２次変化係数算出回路１４０は、実施の形態１等で説明した線積分型２次変化係数算出回路１４０と同様である。ドップラー変化係数評価指標分布合成回路１６１０は、入力した複数のドップラー変化係数評価指標分布を合成して出力する回路である。また、この複数データ抽出型２次変化係数推定回路１４２０以外の構成は図２５に示した構成と同様である。

次に、実施の形態１６の内容について説明する。
ドップラー変化係数評価指標分布合成回路１６１０では、入力した複数のドップラー変化係数評価指標分布を重み付け加算して合成後のドップラー変化計数評価指標分布を得て、これを出力する。ここで重みは全入力で均一としてもいいし、何らかの事前の知識に基づき、データ毎に値を変えてもいい。なお、２次変化係数推定部分回路１５１０に入力するレンジヒストリのレンジセル数は等しいものとする。仮に切り出しによりレンジセル数が等しくなかった場合においても、レンジセル数を合わせるようにレンジの両端に値が０のセルを追加することでレンジセル数を揃えることができる。

これに対し、その後段の線積分型２次変化係数算出回路１４０で遅延時間の２次変化係数を推定する。なお、ここでは、線積分型２次変化係数算出回路１４０を用いる構成例を示したが、この代わりに別の実施の形態で説明した別の２次変化係数算出回路（ＦＴ型２次変化係数算出回路２１０、Ｈｏｕｇｈ型２次変化係数算出回路３１０、Ｆｉｔ型２次変化係数算出回路４１０、Ｃｏｕｎｔ型２次変化係数算出回路５１０、総合Ｃｏｕｎｔ型２次変化係数算出回路６１０、評価指標分布総合型２次変化係数算出回路７１０）を用いても同様の機能を実現することができる。よって、これらいずれを用いてもよい。
以上により、最終的に遅延時間の２次変化係数の推定結果を出力する。

このように、実施の形態１６によれば、実施の形態１４、実施の形態１５と同様の効果が得られると共に、実施の形態１４、実施の形態１５と比較して、ドップラー変化係数評価指標分布そのものを統合して推定するので、ドップラー変化係数評価指標分布の積分効果によって不要な信号が抑圧され、推定精度が向上する。また、実施の形態１４、実施の形態１５と比較して、ドップラー変化係数評価指標分布そのものをまとめて１回の推定を行うのみなので、推定に要する処理負荷が低減される。

以上説明したように、実施の形態１６の画像レーダ装置によれば、複数データ抽出型２次変化係数推定回路は、１つ以上の実施の形態１５で説明した２次変化係数推定部分回路と、２次変化係数推定部分回路の出力であるレンジ周波数毎ドップラー変化係数評価指標分布を互いに重み付け加算して、最終的なレンジ周波数毎ドップラー変化係数評価指標分布を生成するドップラー変化係数評価指標分布合成回路と、レンジ周波数毎に得られたドップラー変化係数評価指標分布を総合して、遅延時間の２次変化係数を推定する２次変化係数算出回路とを備えたので、実施の形態１４や実施の形態１５と同様の効果が得られると共に、推定に要する処理負荷の低減に寄与することができる。

実施の形態１７．
図３０は、実施の形態１７の画像レーダ装置における複数データ抽出型２次変化係数推定回路の構成を示す図である。
実施の形態１７の複数データ抽出型２次変化係数推定回路１４２０は、複数の２次変化係数推定部分回路１５１０と、ドップラー変化係数評価指標分布合成回路１６１０と、２次変化係数候補設定型２次変化係数算出部分回路１７１０を備えている。ここで、２次変化係数推定部分回路１５１０は、実施の形態１５、１６における２次変化係数推定部分回路１５１０と同様であり、ドップラー変化係数評価指標分布合成回路１６１０は、実施の形態１６におけるドップラー変化係数評価指標分布合成回路１６１０と同様である。２次変化係数候補設定型２次変化係数算出部分回路１７１０は、全レンジ周波数で共通に設定した２次変化係数候補と各レンジ周波数に基づいて、各レンジ周波数におけるドップラー周波数の１次変化係数候補を設定し、その候補についての各レンジ周波数におけるドップラー変化係数評価指標分布を得るように２次変化係数推定部分回路１５１０に指示を出し、ドップラー変化係数評価指標分布合成回路１６１０で合成された上記ドップラー変化係数評価指標分布を、各レンジ周波数における、２次変化係数候補についての評価指標分布とみなした上で、これをレンジ周波数方向に総和して、最終的な２次変化係数候補についての評価指標分布を得て、この値を最大とする２次変化係数候補を２次変化係数の推定結果として出力する回路である。
複数データ抽出型２次変化係数推定回路１４２０以外の構成は図２５に示した構成と同様である。

次に、実施の形態１７の内容について説明する。
ここでの処理は、実施の形態１０での処理を、複数のドップラー変化係数評価指標分布を総合したドップラー変化係数評価指標分布を使用できるように拡張したものである。
そのため、２次変化係数候補設定型２次変化係数算出部分回路１７１０では、第ｚ番目の２次変化係数推定部分回路１５１０に入力したレンジヒストリ各々の全レンジ周波数で共通の２次変化係数候補ｂ_{２ｃａｎｄ２}（ｉ_ａ２）（ｉ_ａ２＝１，２，…））を設定し、これを式（３９）を用いて各レンジ周波数ｆ_τ（ｍ）ごとのドップラー周波数の１次変化係数候補ｕ_{ｃａｎｄ３}（ｉ_ａ２，ｍ）とする。
これを必要に応じて式（２９）の関係に基づいて画像上の軌跡の傾き候補等に換算した上で、各入力レンジヒストリ、各レンジ周波数毎に、ドップラー変化係数評価指標分布を得る。
これらを、実施の形態１６と同様、ドップラー変化係数評価指標分布合成回路１６１０で合成し出力する。
この合成により得られたｕ_{ｃａｎｄ３}（ｉ_ａ２，ｍ）に対する評価指標分布Ｚ_３（ｉ_ａ２，ｍ）は、そのまま全レンジ周波数共通のｂ_{２ｃａｎｄ２}（ｉ_ａ２）に対する評価指標分布になっている。
２次変化係数候補設定型２次変化係数算出部分回路１７１０では、これをそのままレンジ周波数方向に平均処理することで、実施の形態１０と同じく、ｂ_{２ｃａｎｄ２}（ｉ_ａ２）に対する評価指標分布Ｚ_２（ｉ_ａ２）を得て、このＺ_２（ｉ_ａ２）を最大とするｂ_{２ｃａｎｄ２}（ｉ_ａ２）をｂ_２の推定結果とする。

このように、実施の形態１７によれば、実施の形態１０と同様の効果が得られると共に、実施の形態１０と比較して、複数種類のレンジヒストリを用いた推定を行うので、情報量増加による推定精度が向上する。

以上説明したように、実施の形態１７の画像レーダ装置によれば、複数データ抽出型２次変化係数推定回路は、１つ以上の実施の形態１５で説明した２次変化係数推定部分回路と、２次変化係数推定部分回路の出力であるレンジ周波数毎ドップラー変化係数評価指標分布を互いに重み付け加算して、最終的なレンジ周波数毎ドップラー変化係数評価指標分布を生成するドップラー変化係数評価指標分布合成回路と、遅延時間の２次変化係数候補ｂ_{２ｃａｎｄ（}ｉ_ａ）を複数種類（ｉ_ａ＝０，１…）設定し、これを、レンジ周波数ｆ_τ（ｍ）（ｍ＝０，１…）毎に−ｆ_τ（ｍ）倍した値を、各レンジ周波数ｆ_τ（ｍ）におけるドップラー周波数の１次変化係数の候補ｕ_ｃａｎｄ（ｉ_ａ，ｍ）として設定して、この１次変化係数候補についての評価指標分布を生成するように２次変化係数推定部分回路内のドップラー変化係数評価指標分布算出回路に指示すると共に、各レンジ周波数、各ドップラー周波数の１次変化係数候補についての入力した評価指標分布Ｅｖ（ｉ_ａ，ｍ）をドップラー変化係数評価指標分布合成回路で合成した値を、そのまま各レンジ周波数ｆ_τ（ｍ）、各２次変化係数候補ｂ_{２ｃａｎｄ}（ｉ_ａ）についての評価指標分布Ｅｖ（ｉ_ａ，ｍ）とみなし、これをレンジ周波数方向に平均処理して、最終的な２次変化係数候補についての評価指標分布を算出し、この評価指標分布を最大とする２次変化係数候補を２次変化係数の推定値とする２次変化係数候補設定型２次変化係数算出部分回路とを備えたので、実施の形態１０と同様の効果が得られると共に、推定精度の向上に寄与することができる。

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。

１０レンジヒストリ出力回路、１１送信機、１２送受切換器、１３送受信アンテナ、１４受信機、１５レンジ圧縮器、２０第１の１次補償量推定／補償回路、３０２次補償回路、４０第２の１次補償量推定／補償回路、５０高次補償量推定／補償回路、６０画像再生回路、１００２次変化係数推定回路、１１０レンジスペクトルヒストリ算出回路、１２０レンジ周波数毎ドップラーヒストリ算出回路、１２１レンジ周波数毎データ抽出回路、１２２時間周波数分析回路、１３０ＦＴ型ドップラー変化係数評価指標分布算出回路、１３１画像スペクトル算出回路、１３２画像スペクトル線積分回路、１３３ドップラー変化係数評価指標分布蓄積回路、１４０線積分型２次変化係数算出回路、２１０ＦＴ型２次変化係数算出回路、２１１線積分最大傾き探索回路、２１２２次変化係数換算回路、３１０Ｈｏｕｇｈ型２次変化係数算出回路、４１０Ｆｉｔ型２次変化係数算出回路、５１０Ｃｏｕｎｔ型２次変化係数算出回路、６１０総合Ｃｏｕｎｔ型２次変化係数算出回路、７１０評価指標分布総合型２次変化係数算出回路、８１０Ｈｏｕｇｈ型ドップラー変化係数評価指標分布算出回路、９１０Ｆｉｔ型ドップラー変化係数評価指標分布算出回路、１０１０２次変化係数候補設定型２次変化係数算出回路、１１００２次変化係数推定前処理回路、１１１０信号抽出重み回路、１２１０信号抽出重み切出回路、１３１０信号抽出重み切出加算回路、１４１０データ複数抽出型前処理回路、１４２０複数データ抽出型２次変化係数推定回路、１４２１２次変化係数推定結果統合判定回路、１５１０２次変化係数推定部分回路、１５２０複数データＣｏｕｎｔ型２次変化係数算出回路、１６１０ドップラー変化係数評価指標分布合成回路、１７１０２次変化係数候補設定型２次変化係数算出部分回路。

Claims

高周波信号を目標に対して照射し、当該目標で散乱された高周波信号の一部を受信し、当該受信信号のレンジ方向の分解能をレンジ圧縮してレンジプロフィールを得るという一連の処理を、前記目標とレーダの間の相対位置関係を変えながら繰り返し、得られたレンジプロフィールの時間履歴をレンジヒストリとし、当該レンジヒストリを、前記相対位置関係を考慮して合成することで、前記目標上の電波の反射強度分布を画像として得る画像レーダ装置において、
前記レンジヒストリを、レンジまたはパルスの伝搬遅延時間に相当するファストタイム方向にフーリエ変換して得られるレンジスペクトルヒストリの、各レンジ周波数におけるスロータイム方向に並ぶ信号列の各ドップラー周波数の時間変化に基づいて、目標とレーダの間の距離変化によって発生する伝搬遅延時間のうちのスロータイムに対する２次成分の変化係数を推定する２次変化係数推定回路と、
前記２次変化係数推定回路で推定された伝搬遅延時間の２次変化係数に基づいて、前記レンジヒストリに含まれる前記遅延時間の２次成分の影響で発生したレンジ、位相の変化を補償する２次補償回路とを備えたことを特徴とする画像レーダ装置。
２次変化係数推定回路の前段に、目標とレーダの間の距離変化によって発生する伝搬遅延時間の１次変化の影響により発生したレンジ、位相の変化を推定し補償する１次補償量推定／補償回路を備えたことを特徴とする請求項１記載の画像レーダ装置。
２次変化係数推定回路の後段に、目標とレーダの間の距離変化によって発生する伝搬遅延時間の１次変化の影響により発生したレンジ、位相の変化を推定し補償する１次補償量推定／補償回路を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の画像レーダ装置。
２次変化係数推定回路は、
入力したレンジヒストリをレンジまたはファストタイム方向にフーリエ変換してレンジスペクトルヒストリを算出するレンジスペクトルヒストリ算出回路と、
前記レンジスペクトルヒストリについて、レンジ周波数毎に、そのレンジ周波数におけるスロータイム方向に並ぶ信号列を分析して各スロータイムにおけるドップラー周波数分布であるドップラーヒストリを算出するレンジ周波数毎ドップラーヒストリ算出回路と、
前記ドップラーヒストリにおいて、ドップラー周波数のスロータイムに対する変化のうちの１次成分に注目し、その１次変化係数の値の候補を複数設定した上で、各々の候補値について、その値が真の変化係数である確からしさを表す評価指標を算出し、これをドップラー変化係数評価指標分布として前記１次変化係数の候補値と共に出力するドップラー変化係数評価指標分布算出回路と、
レンジ周波数毎に得られた前記ドップラー変化係数評価指標分布を総合して、スロータイムに対する２次成分の変化係数を推定する２次変化係数算出回路とを備え、
前記ドップラー変化係数評価指標分布算出回路は、
入力した２次元画像としてのドップラーヒストリの振幅分布を２次元フーリエ変換、振幅検出してその画像のスペクトル分布としての画像スペクトルを算出する画像スペクトル算出回路と、
入力した前記画像スペクトルの原点を通り、元の画像上の傾きの各候補に対応した傾きの直線上の経路に沿って当該画像スペクトルの線積分を行う画像スペクトル線積分回路と、
前記ドップラーヒストリを画像とみなした場合の画像上の傾きの候補を、当該ドップラーヒストリのスロータイムの時間ステップとドップラー周波数のステップに基づいて、
傾きの候補×ドップラー周波数のステップ／スロータイムのステップ
でドップラー周波数の１次変化係数の候補に換算し、前記線積分結果をドップラー周波数の１次変化係数の各候補の確からしさを表す評価指標とし、前記ドップラー周波数の１次変化係数の候補に対する前記評価指標の分布をドップラー変化係数評価指標分布として蓄積するドップラー変化係数評価指標分布蓄積回路とを備え、
前記２次変化係数算出回路は、
遅延時間の２次変化成分によって発生したドップラー周波数の１次変化の係数（ｕ _ｄ）が、レンジ周波数（ｆ _τ ）と、前記遅延時間の２次変化成分の係数（ｂ _２）に比例する（ｕ _ｄ＝−ｆ _τ ｂ _２）性質に基づき、設定した２次変化係数の候補それぞれについて、各レンジ周波数とそれに対応するドップラー周波数の１次変化係数の組で与えられるドップラー変化係数評価指標分布上の積分経路を設定し、その積分経路に沿った線積分値が最大となった前記２次変化成分の係数の候補を推定結果として出力する線積分型２次変化係数推定回路であることを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の画像レーダ装置。
レンジ周波数毎ドップラーヒストリ算出回路は、
入力したレンジスペクトルヒストリから、レンジ周波数毎に、そのレンジ周波数におけるスロータイム方向に並ぶ信号列を抽出して、これを出力するレンジ周波数毎データ抽出回路と、
入力した時刻方向に並ぶ信号列に、ある設定した中心時刻付近の信号を抽出するための重み乗算または切り出しを実施して得られた抽出信号をフーリエ変換することで、その時刻付近の信号の周波数分布を算出する処理を、前記中心時刻を変えて繰り返し、結果として得られる各中心時刻に対する周波数分布をドップラーヒストリとして出力する時間周波数分析回路とを備えたことを特徴とする請求項４記載の画像レーダ装置。
２次変化係数算出回路に代えて、
入力した２次元画像として、レンジ周波数毎に得られたドップラー変化係数評価指標分布の振幅分布を２次元フーリエ変換、振幅検出してその画像スペクトルを算出する画像スペクトル算出回路と、
入力した画像スペクトルの原点を通り、元の画像上の傾きの各候補に対応した傾きの直線上の経路に沿って画像スペクトルの線積分を行う画像スペクトル線積分回路と、
前記傾き候補に対する線積分値分布を最大値とする傾き候補番号を探索し出力する線積分最大傾き探索回路と、
前記線積分値を最大とする傾き候補を、入力したレンジ周波数毎ドップラー変化係数評価指標分布の、レンジ周波数のステップ幅、ドップラー変化係数のステップ幅を用いて
傾き候補×ドップラー変化係数のステップ幅／レンジ周波数のステップ幅
で、ドップラー周波数の１次変化係数のレンジ周波数に対する１次変化係数γを算出し、γ×（−１）により、前記遅延時間の２次変化係数ｂ_２の推定値を得る２次変化係数換算回路とを有するＦＴ型２次変化係数算出回路を備えたことを特徴とする請求項４記載の画像レーダ装置。
２次変化係数算出回路に代えて、
入力した２次元画像として、レンジ周波数毎に得られたドップラー変化係数評価指標分布の振幅分布に、Ｈｏｕｇｈ変換を適用して直線を検出し、得られた直線の傾きを傾き候補として、これを入力したレンジ周波数毎ドップラー変化係数評価指標分布の、レンジ周波数のステップ幅、ドップラー変化係数のステップ幅を用いて
傾き候補×ドップラー変化係数のステップ幅／レンジ周波数のステップ幅
で、ドップラー周波数の１次変化係数のレンジ周波数に対する１次変化係数γを算出し、γ×（−１）により、前記遅延時間の２次変化係数ｂ_２の推定値を得るＨｏｕｇｈ型２次変化係数算出回路を備えたことを特徴とする請求項４記載の画像レーダ装置。
２次変化係数算出回路に代えて、
入力した２次元画像として、レンジ周波数毎ドップラー変化係数評価指標分布の振幅分布のレンジ周波数毎にピーク検出を適用して、振幅を最大とするドップラー変化係数を定め、レンジ周波数毎に定まったこの振幅最大ドップラー変化係数に１次の最小二乗法を適用して、レンジ周波数に対する振幅最大ドップラー変化係数を１次関数で近似し、その傾きを画像上の軌跡の傾きの候補とし、これを入力したレンジ周波数毎ドップラー変化係数評価指標分布の、レンジ周波数のステップ幅、ドップラー変化係数のステップ幅を用いて
傾き候補×ドップラー変化係数のステップ幅／レンジ周波数のステップ幅
で、ドップラー周波数の１次変化係数のレンジ周波数に対する１次変化係数γを算出し，γ×（−１）により、前記遅延時間の２次変化係数ｂ_２の推定値を得るＦｉｔ型２次変化係数算出回路を備えたことを特徴とする請求項４記載の画像レーダ装置。
２次変化係数算出回路に代えて、
入力したレンジ周波数毎ドップラー変化係数評価指標分布のレンジ周波数毎にピーク検出を適用して振幅を最大とするドップラー変化係数を定め、各々のレンジ周波数で
（−１）×そのレンジ周波数での振幅最大ドップラー変化係数／レンジ周波数
を算出して、これをそれぞれのレンジ周波数における２次変化係数の推定値とし、全レンジ周波数について得られた２次変化係数の推定値に基づいて最終的な２次変化係数を推定するＣｏｕｎｔ型２次変化係数算出回路を備えたことを特徴とする請求項４記載の画像レーダ装置。
Ｃｏｕｎｔ型２次変化係数算出回路は、
全レンジ周波数について得られた２次変化係数の推定値のうち、値が他から大きく外れたものを省いた上で、残りの平均値を２次変化係数の推定値として出力する手段を備えたことを特徴とする請求項９記載の画像レーダ装置
Ｃｏｕｎｔ型２次変化係数算出回路は、
全レンジ周波数について得られた２次変化係数の推定値の中央値を２次変化係数の推定値として出力する手段を備えたことを特徴とする請求項９記載の画像レーダ装置。
Ｃｏｕｎｔ型２次変化係数算出回路は、
全レンジ周波数について得られた２次変化係数のうちの出現頻度が最大となった値を推定値として出力する手段を備えたことを特徴とする請求項９記載の画像レーダ装置。
２次変化係数算出回路に代えて、
入力したレンジ周波数毎ドップラー変化係数評価指標分布のレンジ周波数毎にピーク検出を適用して振幅を最大とするドップラー変化係数を定め、各々のレンジ周波数で、
（−１）×そのレンジ周波数での振幅最大ドップラー変化係数／レンジ周波数
を算出して、これをそれぞれのレンジ周波数における２次変化係数の推定値とし、全レンジ周波数について得られた２次変化係数の推定値から、
（ａ）全レンジ周波数について得られた２次変化係数の推定値のうち、値が他から大きく外れたものを省いた上で，残りを平均した値
（ｂ）全レンジ周波数について得られた２次変化係数の推定値の中央値
（ｃ）全レンジ周波数について得られた２次変化係数のうちの出現頻度が最大となった値
を各々定め、これら（ａ）（ｂ）（ｃ）で得られた値のうちの出現頻度が最大となった値を推定値として出力する総合Ｃｏｕｎｔ型２次変化係数算出回路を備えたことを特徴とする請求項４記載の画像レーダ装置。
２次変化係数算出回路に代えて、
入力したレンジ周波数毎ドップラー変化係数評価指標分布のレンジ周波数毎にピーク検出を適用して振幅を最大とするドップラー変化係数を定め、各々のレンジ周波数で、
（−１）×そのレンジ周波数での振幅最大ドップラー変化係数／レンジ周波数
を算出して、これをそれぞれのレンジ周波数における２次変化係数の推定値とし、全レンジ周波数について得られた２次変化係数の推定値から、
（ａ）全レンジ周波数について得られた２次変化係数の推定値のうち、値が他から大きく外れたものを省いた上で、残りを平均した値
（ｂ）全レンジ周波数について得られた２次変化係数の推定値の中央値
（ｃ）全レンジ周波数について得られた２次変化係数のうちの出現頻度が最大となった値
を各々定め、これら（ａ）（ｂ）（ｃ）で得られた値の加重平均値を推定値として出力する総合Ｃｏｕｎｔ型２次変化係数算出回路を備えたことを特徴とする請求項４記載の画像レーダ装置。
２次変化係数算出回路に代えて、
入力したレンジ周波数毎ドップラー変化係数評価指標分布のレンジ周波数毎にピーク検出を適用して振幅を最大とするドップラー変化係数を定め、各々のレンジ周波数で、
（−１）×そのレンジ周波数での振幅最大ドップラー変化係数／レンジ周波数
を算出して、これをそれぞれのレンジ周波数における２次変化係数の推定値とし、全レンジ周波数について得られた２次変化係数の推定値から、
（ａ）全レンジ周波数について得られた２次変化係数の推定値のうち、値が他から大きく外れたものを省いた上で、残りを平均した値
（ｂ）全レンジ周波数について得られた２次変化係数の推定値の中央値
（ｃ）全レンジ周波数について得られた２次変化係数のうちの出現頻度が最大となった値
を各々定め、これら（ａ）（ｂ）（ｃ）で得られた値の中央値を推定値として出力する総合Ｃｏｕｎｔ型２次変化係数算出回路を備えたことを特徴とする請求項４記載の画像レーダ装置。
２次変化係数算出回路に代えて、
入力したレンジ周波数毎ドップラー変化係数評価指標分布の２軸であるドップラー周波数の１次変化候補ｕ_ｄとレンジ周波数ｆ_τのうちのｕ_ｄの軸をレンジ周波数ｆ_τ毎に−１／ｆ_τ倍して、遅延時間の２次変化係数候補ｂ_２の軸に換算し、前記レンジ周波数毎ドップラー変化係数評価指標分布をレンジ周波数毎の２次変化係数の評価指標分布とみなした上で、これを適宜補間して、全レンジ周波数で同じ２次変化係数候補についての評価指標値をレンジ周波数方向に平均した値の分布を最終的な２次変化係数の評価指標分布とし、これを最大とする２次変化係数候補を遅延時間の２次変化係数の推定値として出力する評価指標分布総合型２次変化係数算出回路を備えたことを特徴とする請求項４記載の画像レーダ装置。
ドップラー変化係数評価指標分布算出回路に代えて、
入力した２次元画像として、特定のレンジ周波数におけるドップラーヒストリの振幅分布ｆ（ｙ，ｘ）に、傾きａと切片ｂでｙ＝ａｘ＋ｂと定める積分経路に沿ってｆ（ｙ，ｘ）を積分する処理をａ，ｂを様々に変えて実施し、各ａにおける積分値の最大値を傾き候補に対する評価値とする処理を、レンジ周波数を変えて繰り返し、これを蓄積すると共に、
前記傾き候補を、前記ドップラーヒストリのスロータイムの時間ステップとドップラー周波数のステップに基づいて、
傾きの候補×ドップラー周波数のステップ／スロータイムのステップ
でドップラー周波数の１次変化係数の候補に換算し、当該ドップラー周波数の１次変化係数の候補に対する前記評価値の分布であるドップラー変化係数評価指標分布を出力するＨｏｕｇｈ型ドップラー変化係数評価指標分布算出回路を備えたことを特徴とする請求項４記載の画像レーダ装置。
ドップラー変化係数評価指標分布算出回路に代えて、
入力した２次元画像として、特定のレンジ周波数におけるドップラーヒストリの各スロータイムにおける振幅最大ドップラー周波数の探索結果を、１次の最小二乗法に基づいて１次関数に近似してその傾きを得て、前記１次関数の傾きにおける値を最大とし、そこから傾きの値が離れるにつれ値が小さくなるような形で傾き候補についての評価指標値を定める処理を、レンジ周波数を変えて繰り返し、これを蓄積すると共に、前記傾き候補を、ドップラーヒストリのスロータイムの時間ステップとドップラー周波数のステップに基づいて、
傾きの候補×ドップラー周波数のステップ／スロータイムのステップ
でドップラー周波数の１次変化係数の候補に換算し、当該ドップラー周波数の１次変化係数の候補に対する前記評価指標値の分布であるドップラー変化係数評価指標分布を出力するＦｉｔ型ドップラー変化係数評価指標分布算出回路を備えたことを特徴とする請求項４記載の画像レーダ装置。
ドップラー変化係数評価指標分布算出回路に代えて、
入力した２次元画像として、特定のレンジ周波数におけるドップラーヒストリの各スロータイムにおける振幅最大ドップラー周波数の探索結果を、１次の最小二乗法に基づいて１次関数に近似してその傾きを得ると共に、各スロータイムにおける振幅最大ドップラー周波数と１次関数より定まるドップラー周波数の差の２乗和の平方根の値をばらつき指標値として得て、前記１次関数の傾きにおける値を最大とし、これと各傾き候補値の差を前記ばらつき指標値で割った値が大きくなるにつれて値が小さくなるような形で傾き候補についての評価指標値を定める処理を、レンジ周波数を変えて繰り返し、これを蓄積すると共に、
前記傾き候補を、ドップラーヒストリのスロータイムの時間ステップとドップラー周波数のステップに基づいて、
傾きの候補×ドップラー周波数のステップ／スロータイムのステップ
でドップラー周波数の１次変化係数の候補に換算し、当該ドップラー周波数の１次変化係数の候補に対する前記評価指標値の分布であるドップラー変化係数評価指標分布を出力するＦｉｔ型ドップラー変化係数評価指標分布算出回路を備えたことを特徴とする請求項４記載の画像レーダ装置。
２次変化係数推定回路は、
入力したレンジヒストリをレンジまたはファストタイム方向にフーリエ変換してレンジスペクトルヒストリを算出するレンジスペクトルヒストリ算出回路と、
前記レンジスペクトルヒストリについて、レンジ周波数毎に、そのレンジ周波数におけるスロータイム方向に並ぶ信号列を分析して各スロータイムにおけるドップラー周波数分布であるドップラーヒストリを算出するレンジ周波数毎ドップラーヒストリ算出回路と、
遅延時間の２次変化係数候補ｂ_{２ｃａｎｄ}（ｉ_ａ）を複数種類（ｉ_ａ＝０，１…）設定し、これを、レンジ周波数ｆ_τ（ｍ）（ｍ＝０，１…）毎に−ｆ_τ（ｍ）倍した値を、各レンジ周波数ｆ_τ（ｍ）におけるドップラー周波数の１次変化係数の候補ｕ_ｃａｎｄ（ｉ_ａ，ｍ）として設定し、この１次変化係数候補についての評価指標分布を生成するように前記レンジ周波数毎ドップラーヒストリ算出回路に指示すると共に、各レンジ周波数、各ドップラー周波数の１次変化係数候補についての評価指標分布Ｅｖ（ｉ_ａ，ｍ）を、そのまま各レンジ周波数ｆ_τ（ｍ）、各２次変化係数候補ｂ_{２ｃａｎｄ}（ｉ_ａ）についての評価指標分布Ｅｖ（ｉ_ａ，ｍ）とみなし、これをレンジ周波数方向に平均処理して、最終的な２次変化係数候補についての評価指標分布を算出し、この評価指標分布を最大とする２次変化係数候補を２次変化係数の推定値とする２次変化係数候補設定型２次変化係数算出回路とを備えたことを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の画像レーダ装置。
２次変化係数推定回路の前段側に、レンジヒストリ上のレンジ位置に応じた値の変換およびデータの切り出しのうち少なくともいずれかの処理を実施する２次変化係数推定前処理回路を備えたことを特徴とする請求項１から請求項２０のうちのいずれか１項記載の画像レーダ装置。
２次変化係数推定前処理回路は、
抽出したいレンジ範囲付近の値が大きく、そこからレンジが遠ざかるにつれ値が小さくなる重みをレンジヒストリに乗算して、その結果を前処理後のレンジヒストリとして出力する信号抽出重み回路を備えたことを特徴とする請求項２１記載の画像レーダ装置。
２次変化係数推定前処理回路は、
抽出したいレンジ範囲が離れたレンジ位置に複数ある場合に、これら複数のレンジ範囲付近の値が大きく、そこからレンジが遠ざかるにつれ値が小さくなる多峰性の重みをレンジヒストリに乗算して、その結果を前処理後のレンジヒストリとして出力する信号抽出重み回路を備えたことを特徴とする請求項２１記載の画像レーダ装置。
２次変化係数推定前処理回路は、
抽出したいレンジ範囲の信号のみをレンジヒストリから切り出した上で、これに必要に応じてレンジ毎に異なる重みを乗算して、その結果を前処理後のレンジヒストリとして出力する信号抽出重み切出回路を備えたことを特徴とする請求項２１記載の画像レーダ装置。
２次変化係数推定前処理回路は、
抽出したいレンジ範囲の信号のみをレンジヒストリから切り出した上で、これに必要に応じてレンジ毎に異なる重みを乗算して、そのレンジ範囲の出力用レンジヒストリを生成する処理を、抽出したいレンジ範囲の種類の数だけ繰り返し、こうして得られた各出力用レンジヒストリをレンジ、スロータイム毎に加算して、その結果を前処理後のレンジヒストリとして出力する信号抽出重み切出加算回路を備えたことを特徴とする請求項２１記載の画像レーダ装置。
高周波信号を目標に対して照射し、当該目標で散乱された高周波信号の一部を受信し、当該受信信号のレンジ方向の分解能をレンジ圧縮してレンジプロフィールを得るという一連の処理を、前記目標とレーダの間の相対位置関係を変えながら繰り返し、得られたレンジプロフィールの時間履歴をレンジヒストリとし、当該レンジヒストリを、前記相対位置関係を考慮して合成することで、前記目標上の電波の反射強度分布を画像として得る画像レーダ装置において、
入力したレンジヒストリを、請求項２１から請求項２５のうちのいずれか１項に記載した２次変化係数推定前処理回路で処理したレンジヒストリ、または、入力したレンジヒストリを変換しないままのレンジヒストリ、またはこれらの混合を複数種類生成し、これを各々出力するデータ複数抽出型前処理回路と、
入力した複数種類のレンジヒストリの各々について遅延時間の２次変化係数を推定して、各推定結果を統合して、最終的な２次変化係数の推定結果を出力する複数データ抽出型２次変化係数推定回路と、
前記複数データ抽出型２次変化係数推定回路で推定された伝搬遅延時間の２次変化係数に基づいて、レンジヒストリに含まれる前記遅延時間の２次成分の影響で発生したレンジ、位相の変化を補償する２次補償回路とを備えた画像レーダ装置。
複数データ抽出型２次変化係数推定回路は、
請求項４に記載した２次変化係数推定回路を１種類または複数種類備え、入力した複数のレンジヒストリのいずれかを処理して遅延時間の２次変化係数を推定して出力する１つ以上の２次変化係数推定回路と、
前記１つ以上の２次変化係数推定回路で得られた２次変化係数の複数の推定結果について、
（ａ）値が大きく外れた値である外れ値を除いた全推定値の平均値を推定値とする方法（外れ値検出の閾値については、ばらつきの標準偏差を基準に設定する）
（ｂ）前記全推定値の中央値を推定値とする方法
（ｃ）前記全推定値の出現頻度が最大となった値を推定値する方法
（ｄ）（ａ）〜（ｃ）の結果の多数決
（ｅ）（ａ）〜（ｃ）の結果の加重平均（それぞれの推定方法に事前に重み付けしておく）
（ｆ）（ａ）〜（ｃ）の結果の中央値
のいずれか一つ以上の方法で最終的な２次変化係数の推定値を得る２次変化係数推定結果統合判定回路を備えたことを特徴とする請求項２６記載の画像レーダ装置。
複数データ抽出型２次変化係数推定回路は、
入力したレンジヒストリをレンジまたはファストタイム方向にフーリエ変換してレンジスペクトルヒストリを算出するレンジスペクトルヒストリ算出回路と、
前記レンジスペクトルヒストリについて、レンジ周波数毎に、そのレンジ周波数におけるスロータイム方向に並ぶ信号列を分析して各スロータイムにおけるドップラー周波数分布であるドップラーヒストリを算出するレンジ周波数毎ドップラーヒストリ算出回路と、
前記ドップラーヒストリにおいて、ドップラー周波数のスロータイムに対する変化のうちの１次成分に注目し、その１次変化係数の値の候補を複数設定した上で、各々の候補値について、その値が真の変化係数である確からしさを表す評価指標を算出し、これをドップラー変化係数評価指標分布として前記１次変化係数の候補値と共に出力するドップラー変化係数評価指標分布算出回路とからなる２次変化係数推定部分回路と、
前記レンジ周波数毎ドップラー変化係数評価指標分布に対して、レンジ周波数毎にピーク検出を適用して振幅を最大とするドップラー変化係数を定め、各々のレンジ周波数で、
（−１）×そのレンジ周波数での振幅最大ドップラー変化係数／レンジ周波数
を算出して、これをそれぞれのレンジ周波数における２次変化係数の仮の推定値を得る処理を、入力したレンジヒストリ数に対応した複数の値の、レンジ周波数毎ドップラー変化係数評価指標分布のそれぞれに対して実施し、得られた複数レンジ周波数かつ複数レンジヒストリ数における２次変化係数の全ての仮の推定結果の分布に基づいて、最終的な２次変化係数の推定結果を得る複数データＣｏｕｎｔ型２次変化係数算出回路とを備えたことを特徴とする請求項２６記載の画像レーダ装置。
複数データＣｏｕｎｔ型２次変化係数算出回路は、
２次変化係数の複数の仮の推定結果について、
（ａ）値が大きく外れた値である外れ値を除いた全推定値の平均値を推定値とする方法（外れ値検出の閾値については、ばらつきの標準偏差を基準に設定する）
（ｂ）前記全推定値の中央値を推定値とする方法
（ｃ）前記全推定値の出現頻度が最大となった値を推定値する方法
（ｅ）（ａ）〜（ｃ）の結果の多数決
（ｆ）（ａ）〜（ｃ）の結果の加重平均（それぞれの推定方法に事前に重み付けしておく）
（ｇ）（ａ）〜（ｃ）の結果の中央値
のいずれか一つ以上の方法で最終的な２次変化係数の推定値を得ることを特徴とする請求項２８記載の画像レーダ装置。
複数データ抽出型２次変化係数推定回路は、
１つ以上の請求項２８記載の２次変化係数推定部分回路と、
前記２次変化係数推定部分回路の出力であるレンジ周波数毎ドップラー変化係数評価指標分布を互いに重み付け加算して、最終的なレンジ周波数毎ドップラー変化係数評価指標分布を生成するドップラー変化係数評価指標分布合成回路と、
レンジ周波数毎に得られた前記ドップラー変化係数評価指標分布を総合して、遅延時間の２次変化係数を推定する２次変化係数算出回路とを備え、
前記２次変化係数算出回路は、
遅延時間の２次変化成分によって発生したドップラー周波数の１次変化の係数（ｕ _ｄ）が、レンジ周波数（ｆ _τ ）と、前記遅延時間の２次変化成分の係数（ｂ _２）に比例する（ｕ _ｄ＝−ｆ _τ ｂ _２）性質に基づき、設定した２次変化係数の候補それぞれについて、各レンジ周波数とそれに対応するドップラー周波数の１次変化係数の組で与えられるドップラー変化係数評価指標分布上の積分経路を設定し、その積分経路に沿った線積分値が最大となった前記２次変化成分の係数の候補を推定結果として出力する線積分型２次変化係数推定回路であることを特徴とする請求項２６記載の画像レーダ装置。
複数データ抽出型２次変化係数推定回路は、
１つ以上の請求項２８記載の２次変化係数推定部分回路と、
前記２次変化係数推定部分回路の出力であるレンジ周波数毎ドップラー変化係数評価指標分布を互いに重み付け加算して、最終的なレンジ周波数毎ドップラー変化係数評価指標分布を生成するドップラー変化係数評価指標分布合成回路と、
遅延時間の２次変化係数候補ｂ_{２ｃａｎｄ}（ｉ_ａ）を複数種類（ｉ_ａ＝０，１…）設定し、これを、レンジ周波数ｆ_τ（ｍ）（ｍ＝０，１…）毎に−ｆ_τ（ｍ）倍した値を、各レンジ周波数ｆ_τ（ｍ）におけるドップラー周波数の１次変化係数の候補ｕ_ｃａｎｄ（ｉ_ａ，ｍ）として設定して、この１次変化係数候補についての評価指標分布を生成するように前記２次変化係数推定部分回路内のドップラー変化係数評価指標分布算出回路に指示すると共に、各レンジ周波数、各ドップラー周波数の１次変化係数候補についての入力した評価指標分布Ｅｖ（ｉ_ａ，ｍ）を前記ドップラー変化係数評価指標分布合成回路で合成した値を、そのまま各レンジ周波数ｆ_τ（ｍ）、各２次変化係数候補ｂ_{２ｃａｎｄ}（ｉ_ａ）についての評価指標分布Ｅｖ（ｉ_ａ，ｍ）とみなし、これをレンジ周波数方向に平均処理して、最終的な２次変化係数候補についての評価指標分布を算出し、この評価指標分布を最大とする２次変化係数候補を２次変化係数の推定値とする２次変化係数候補設定型２次変化係数算出部分回路とを備えたことを特徴とする請求項２６記載の画像レーダ装置。
画像スペクトル算出回路は、入力した２次元画像上に設定した線積分を実施する際、画像の指定画素番号が小数になる場合を想定し、その画素番号付近の整数画素番号における値を線形補間して、指定された小数画素における画素値を算出することを特徴とする請求項４または請求項６記載の画像レーダ装置。
線積分型２次変化係数算出回路は、入力した２次元画像上に設定した線積分を実施する際、画像の指定画素番号が小数になる場合を想定し、その画素番号付近の整数画素番号における値を線形補間して、指定された小数画素における画素値を算出することを特徴とする請求項４記載の画像レーダ装置。
Ｈｏｕｇｈ型ドップラー変化係数評価指標分布算出回路は、入力した２次元画像上に設定した線積分を実施する際、画像の指定画素番号が小数になる場合を想定し、その画素番号付近の整数画素番号における値を線形補間して、指定された小数画素における画素値を算出することを特徴とする請求項１７記載の画像レーダ装置。