JP6367143B2 - 合成開口レーダ装置及びそのレーダ信号処理方法 - Google Patents

Description

本実施形態は、合成開口レーダ装置及びそのレーダ信号処理方法に関する。

従来の合成開口レーダ装置（ＳＡＲ：Synthetic Aperture Radar）では、ＳＡＲ処理において、合成開口長が大開口のアレイアンテナ（以下、大開口アレイ）を用いて、固定目標に対して位相を合わせ、最大ベクトルとなるように合成する。この処理によれば、固定目標の場合は、合成開口時間内で一定の位置にあるため、正しい位置に画像化することが可能である（非特許文献１，２，３参照）。一方、移動目標の場合は、合成開口時間内でその位置が変化するため、位相が変化して大開口アレイの波面ずれが生じてしまい、正しい位置からシフトした位置に画像が生成される。これが画像シフトと呼ばれる現象であり、固定目標の画像に移動目標の画像を重畳すると、固定目標と移動目標の相対位置関係に大きな誤差が生じる課題があった（非特許文献４参照）。また、処理規模の制約等の理由で画像化範囲が狭い場合には、画像シフトの影響で移動目標が画像化できず、検出できない場合があった。

ＳＡＲ方式（レンジ圧縮）、大内、"リモートセンシングのための合成開口レーダの基礎"、東京電機大学出版局、pp.131-149(2003) ＳＡＲ方式（Ａｚ圧縮）、大内、"リモートセンシングのための合成開口レーダの基礎"、東京電機大学出版局、pp.171-178(2003) ＳＡＲ方式（大開口アレイ合成、スポットライトＳＡＲ）、吉田、‘改定レーダ技術’、電子情報通信学会、pp.280-283(1996) ＳＡＲ方式（移動体の画像シフト）、大内、"リモートセンシングのための合成開口レーダの基礎"、東京電機大学出版局、pp.218-223(2003) ＳＡＲ処理方式（ポーラフォーマット変換再構成処理）、MEHRDAD SOUMEKH,"Synthetic Aperture Radar Signal Processing", JOHN WILEY & SONS,INC.,pp.319-325(1999) サンプリング処理、Charles V.Jakowats.JR.,"Spotlight-Mode Synthetic Aperture Radar:A Signal Processing Approach", Springer,pp.136-139(1996)

以上述べたように、従来のの合成開口レーダ装置では、画像シフトの影響により、固定目標の画像に移動目標の画像を重畳すると、固定目標と移動目標の相対位置関係に大きな誤差が生じる課題があった。また、画像化範囲が狭い場合は、画像シフトの影響で移動目標が画像化できず、検出できない場合があった。

本実施形態は上記課題に鑑みなされたもので、画像化範囲の広さにかかわらず、移動目標を画像化して検出することができ、さらには固定目標に対して移動目標を正しい位置に表示することのできる合成開口レーダ装置とそのレーダ信号処理方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本実施形態は、移動体に搭載され、前記移動体の移動方向軸上で合成開口によりＮ（Ｎ＞１）個のパルスを画像化範囲に向けて送受信し、その受信信号から目標を検出して画像化する合成開口レーダ装置において、全体画像生成手段と、移動目標処理手段と、画像重畳手段を備える。全体画像生成手段は、前記合成開口の全体のＳＡＲ受信信号を周波数領域のパルス圧縮によりレンジ−周波数軸のレンジ−ドップラ（ＲＤ：Range Doppler）信号を生成して固定目標画像を含む全体画像を生成する。移動目標処理手段は、前記移動体の移動方向軸に従って取得した１〜Ｎ点におけるＳＡＲ受信信号に対して、重複を含めてＭ（Ｍ＞１）通りの合成開口に分割し、前記分割された合成開口の受信信号をそれぞれ周波数領域に変換してレンジ（Ｘ）−周波数（Ｙ）軸のＲＤ信号を生成し、前記ＲＤ信号の代表する出力を用いて振幅の最大からＰ（Ｐ＞１）番目までの極値を算出し、前記極値における前記Ｍ通りの合成開口の出力の位相差を、位相差を横軸にしたヒストグラムにして、度数が所定のスレショルドよりも大きい位相差の目標を固定目標と判定しそれ以外を移動目標として抽出し画像化する。画像重畳手段は、前記画像化された移動目標を前記全体画像に重畳する。このようにして、移動目標の場合でも、分割画像間の位相差を抽出して固定目標と移動目標の位相差の度数により移動目標を弁別することで、移動目標の画像化を実現する。

第１の実施形態に係る飛翔体搭載の合成開口レーダ装置の構成を示すブロック図。 図１に示す装置において、機体フライト軸（飛翔経路）と画像化範囲との位置関係を示す図。 図１に示す装置において、スポットライトＳＡＲの場合の画像表示を定義する座標系を示す図。 図１に示す装置において、飛翔経路上で合成開口を重複を含めてＭ通りの合成開口に分割する様子を示す図。 図１に示す装置において、分割ＳＡＲ画像と位相抽出による位相差算出を説明するための図。 図１に示す装置において、全体画像と分割画像それぞれから振幅極値を抽出する様子を示す図。 図１に示す装置において、固定目標の位相面に対する移動目標の位相のずれを説明するための図。 図１に示す装置において、固定目標と移動目標を区分するための位相ヒストグラムを示す図。 第２の実施形態に係る飛翔体搭載の合成開口レーダ装置の構成を示すブロック図。 図９に示す装置において、移動目標の位相補正を説明するための図。 第３の実施形態に係る飛翔体搭載の合成開口レーダ装置の構成を示すブロック図。 図１１に示す装置において、画像化領域の角度分割を説明するための図。 第４の実施形態に係る飛翔体搭載の合成開口レーダ装置の構成を示すブロック図。 図１３に示す装置において、移動目標画像の位置を補正する様子を示す図。 図１３に示す装置において、移動目標の表示に実画像とシンボルの選択的な表示を説明するための図。 図１５に示す表示において、固定目標を合わせて表示する場合の表示例を示す図。 第５の実施形態に係る飛翔体搭載の合成開口レーダ装置の構成を示すブロック図。

以下、実施形態について、図面を参照して説明する。尚、各実施形態の説明において、同一部分には同一符号を付して示し、重複する説明を省略する。

（第１の実施形態）
以下、図１乃至図４を参照して、第１の実施形態に係る飛翔体搭載の合成開口レーダ装置について説明する。

図１は第１の実施形態に係る合成開口レーダ装置の構成を示すブロック図である。図１に示すレーダ装置において、アンテナ１は複数のアンテナ素子を配列して大開口アレイを形成してなるフェーズドアレイアンテナである。

送受信器２は送受信部２１から合成開口時間（１サイクル）内でＰＲＩ（Pulse Repetition Interval）間隔で送出される特定周波数の送信パルス信号（以下、ＰＲＦ（Pulse Repetition Frequency）信号）をアンテナ１に送り、ビーム制御部２２からの指定方向に送出してその反射波を受信する。また、送受信器２は、送受信部２１において、アンテナ１の複数のアンテナ素子でそれぞれ受信された信号をビーム制御部２２からの指示に従って位相制御を施し合成することで、任意の方向に受信ビームを形成してＰＲＦ受信信号を取得する。ここで、ビーム制御部２２は、画像化したい範囲にビームを指向させ、そのビームによってアンテナ１により送受信した信号を信号処理器３に送る。

上記信号処理器３に入力されたＰＲＦ受信信号は、ＡＤ（Analog-Digital）変換部３１でデジタル信号に変換された後、第１の画像処理系と第２の画像処理系に分配される。

第１の画像処理系において、レンジ圧縮部３２及びＡｚ圧縮部３３は、それぞれ合成開口の受信サイクル毎に、ディジタル化された開口アレイのＰＲＦ受信信号をレンジ（距離）方向、クロスレンジ（アジマス角）方向に圧縮処理する。圧縮処理は、入力信号と圧縮用の参照信号との相関処理であり、周波数軸上において、入力信号のＦＦＴ（高速フーリエ変換：Fast Fourier Transform）結果と参照信号のＦＦＴ結果との乗算を行うことで全体画像を得る。この全体画像は画像重畳部３４に送られる。

一方、第２の画像処理系において、データ分割部３５は、ＰＲＦ受信信号について、画像化領域を角度方向に、所定の分割単位で一部重複させてＭ分割する。各分割領域のデータは、レンジ圧縮部３６及びＡｚ圧縮部３７において、必要に応じてポーラフォーマット変換等を含めたＦＦＴ（Fast Fourier Transform）処理によるレンジ方向及びクロスレンジ方向の圧縮処理により画像化された後、極大値抽出部３８に送られる。この極大値抽出部３８は、各分割ＳＡＲ画像から、最大振幅からＰ番目までの極大値を抽出する。極大値抽出結果は移動目標抽出部３９に送られる。この移動目標抽出部３９は、各分割ＳＡＲ画像の極大値について、分割ＳＡＲ画像間の位相差を検出し、その位相差がスレショルドを超える画素を移動目標として抽出し、移動目標画像として画像重畳部３４に送る。画像重畳部３４は全体画像に移動目標画像を重畳することで、固定目標と共に移動目標を表示された画像を出力する。

上記構成によるＳＡＲレーダ装置において、図２乃至図８を参照して、ＳＡＲ方式による画像処理について述べる。

図２は、飛翔体搭載のＳＡＲレーダ装置がスポットライトＳＡＲ（非特許文献３参照）の場合のフライト軸（飛翔経路）と画像化範囲との位置関係を示している。図２において、飛翔体Ａに搭載されるＳＡＲレーダ装置は、実開口ビームを画像化範囲に常に照射するように指向制御し、合成開口時間（１サイクル）内でＰＲＩ間隔でパルスを送信し、パルス毎にＰＲＩ内のレンジセル単位でデータを取得する。図３に表示画像の座標系の定義を示す。この取得データを用いてＳＡＲ処理を実施して、ＳＡＲ画像を得る。なお、図３はスポットライトＳＡＲの場合の図であるが、ＳＡＲ画像を得られるのであれば、側方を観測するストリップマップＳＡＲ等の他の方式でもよい。

まず、ＦＦＴ画像（全体画像）の生成方法とＦＦＴ画像における移動目標の値を抽出する方法について述べる。

第１の画像処理系では、レンジ圧縮部３２において、合成開口の受信サイクル毎に、ディジタル化された開口アレイのＰＲＦ受信信号をレンジ（距離）方向にパルス圧縮する。パルス圧縮は、入力信号とパルス圧縮用の参照信号との相関処理であり、これを周波数軸上で行う（非特許文献１参照）。周波数軸上では、入力信号のＦＦＴ結果と参照信号のＦＦＴ結果の乗算を行うことになる。

時間軸上の信号に変換するには、パルス圧縮後の信号sを逆フーリエ変換すればよいが、この後でＡｚ圧縮部３３でクロスレンジ圧縮（非特許文献２参照）を行うために、信号sを周波数軸(ω，ｕ)のままとする。

次に、クロスレンジ圧縮用の参照信号fs0を生成する。

前述の信号sとクロスレンジ圧縮用の参照信号fs0を乗算してクロスレンジ圧縮された信号csを得る。

これを用いて、ｕ軸でＦＦＴして周波数軸上の信号fcs(ω,ku)を得る。

レンジ−ドップラ画像（以下ＲＤ画像と略す）出力は、参照信号fcsのω軸に関する逆ＦＦＴにより算出することができる。

ＲＤ画像では、Ｘ軸がパルス圧縮によるレンジ（目標までの往復時間ｔに比例、ｔ軸）、Ｙ軸がＦＦＴによるクロスレンジ（ドップラー成分に比例、ｋｕ軸）に対応する。

一方、第２の画像処理系では、移動目標を抽出するために、データ分割部３５において、全合成開口長について重複を許容して、ずらしながらＭ個に分割し、レンジ圧縮部３６及びＡｚ圧縮部３７により、第１の画像処理系と同様の画像処理により、Ｍ個の分割単位毎にＲＤ画像を生成する。この様子を図４、図５に示す。図４（ａ）は飛翔経路での分割領域を示し、図４（ｂ）は時間軸上での分割領域を示す。図５（ａ）は各分割領域１〜ＭにおけるＳＡＲ分割画像を示し、図５（ｂ）は各分割領域１〜Ｍにおける位相抽出結果と分割画像毎の時間に対する位相差算出の流れを示す。

次に、上記１〜Ｍ個の分割画像から、図６に示すように、振幅極値を抽出する。図６（ａ）は全体画像、図６（ｂ）は各分割領域１〜Ｍの分割画像を示している。このように、Ｍ通りのＳＡＲ画像は振幅強度の配列であり、Ｉ(m)(x,y)（ｍ＝１〜Ｍ）と表現する。ここで、ｘはレンジ、ｙはクロスレンジである。

続いて、極大値抽出部３８において、Ｉ(m)(x,y)より、極大値を抽出する。この方式としては、例えば、次の手順とする。
（１）I(m)(x,y)画像の強度をIamp(m)(x,y)として、Iamp(m)の最大値を算出し、最大値となる座標点（x,y）を抽出する。
（２）この最大値となる座標点（x,y）の周囲の所定の範囲の強度をゼロとする。
以降、極大値が所定の振幅以下になるまで（１）、（２）を繰り返して、極大値となる反射点の振幅値Ｉamp(m)と位相Iphs(m)とその座標(x,y)(m)（ｍ＝１〜Ｍ）を得ることができる。

ここで、分割画像を生成するには、異なるサンプル点のデータが必要であり、合成開口長の全サンプル数をＮallとすると、Ｍ分割する場合には、Ｎall＝Ｎ×Ｍ点のサンプル点が必要である。観測ポイント数がそれより少ない場合には、次に示すゼロ埋めとＦＦＴを用いた手法により、サンプル点数を増やしたＮall個のデータxzとして処理すればよい。

サンプル点数を増やす他の方式としては、サンプリング定理を利用して、観測データにsinc関数により重み付けをすることで、サンプリングデータを補間する手法もある（非特許文献６参照）。

次に、移動目標と固定目標の場合の画像の違いについて、図７を用いて説明する。移動目標の場合には、図７（ａ）に示すように、レーダ（飛翔体）から見てラジアル方向（視線方向）θsに対する速度ベクトル成分Ｖ（Vx,Vy）によりドップラ成分が発生するので、図７（ｂ）に示すように、目標固定の場合の位相面ａに対して目標の速度ベクトルによる位相面のずれｂが生じて、観測位相ａ＋ｂに位相差が発生する。これにより、実際の位置からシフトした位置に画像が生成されることになる（非特許文献４参照）。

これを補正するためには、固定目標と移動目標を区分して、移動目標の画像位置を補正する必要がある。この固定目標と移動目標を区分する手法として、対象とする目標により、例えば振幅強度の差もあるが、より確度の高い方法としては、位相差の度数分布による差による手法が考えられる。固定目標の場合、第１の実施形態の複数画像間ではほぼ同等の位相差になり、移動目標では速度に応じて固定目標と異なる位相差となる。これを、各点毎に、位相差に対する度数分布であるヒトストグラムで表現すると、図８に示すように、固定目標を位相基準にすると、移動目標の基準位相に対する位相差が大きくなる。一般的に移動目標よりも固定目標の方が点数が多い。このため、移動目標抽出部３９では、ヒストグラムにおいて度数の多い反射点の位相を基準として、所定の位相スレショルドを超える反射点を抽出することで、全体画像から移動目標のセルを抽出する。

ここで、ヒストグラムに用いる位相差としては、具体的には、Ｍ個の画像があるため、次式により位相差を算出する。

この位相差の平均値Iphs_aveを用いて、ヒストグラムを生成すればよい。なお、Ｍ個の画像のうち、任意の２枚の画像等を用いて、位相差を算出してもよい。

以上のように、本実施形態に係る合成開口レーダ装置では、フライト軸に従って取得した入力信号（１〜Ｎ点）に対して、重複を含めてＭ通りの合成開口に分割し、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）したレンジ（Ｘ）−周波数（Ｙ）軸の出力のうち、代表する出力を用いて振幅の最大からＰ番目までの極大値を算出し、その極大値におけるＭ通りの出力の位相差を、位相差を横軸にしたヒストグラムにして、度数が所定のスレショルドよりも大きい位相差の極大値の位置を固定目標と判定し、それ以外を移動目標として抽出して画像化し、全体画像に重畳するようにしているので、画像化範囲の広さにかかわらず、移動目標を画像化して検出することができ、固定目標と共に移動目標を合わせて表示することができる。

（第２の実施形態）
第１の実施形態では、固定目標と移動目標を位相差により区別して移動目標を抽出し、画像化して全体画像に重畳する手法について述べた。この場合、移動目標の位相の変化により大開口アレイの破面ずれにより移動目標の画像シフトが生じる課題が残る。そこで、第２の実施形態では、画像シフトを補正する手法を述べる。

図９は、第２の実施形態に係る飛翔体搭載の合成開口レーダ装置の構成を示すブロック図である。図９において、図１に示した第１の実施形態の構成と異なる点は、移動目標抽出部３９の後段に、全体画像から移動目標に対応するセルを抽出するセル抽出部３ａ、抽出したセルの位相から位相補正量を算出する位相補正量算出部３ｂ、算出した位相補正量に基づいて移動目標画像を生成して画像重畳部３４に送出する移動目標画像生成部３ｃを備える点にある。

すなわち、第１の実施形態では、広範囲で位相ヒストグラムを生成すると、固定目標と移動目標のヒストグラムが広がり、固定目標と移動目標の弁別を誤るおそれがある。そこで、本実施形態では、移動目標抽出部３９で移動目標を抽出した後、セル抽出部３ａにおいて、第１の画像処理系から全体画像（図１０（ａ））を取り込んで抽出した移動目標の極値を含む（Ｘ，Ｙ）座標のＹ軸に沿った±ΔＹの範囲のセルを抽出する（図１０（ｂ））。続いて、位相補正量算出部３ｂにて抽出セルを逆ＦＦＴして位相補正量ｆselとして算出し（図１０（ｃ））、移動目標画像生成部３ｃにて、位相補正量ｆselに位相補正係数を乗算し、ＦＦＴして移動目標の補正画像を得る（図１０（ｄ））。これを定式化すると次式となる。

生成した移動目標の画像は、移動目標の位相が補正位相量により補正されているため、画像重畳部３４で全体画像に重畳したとき、画像シフトが補正され、固定画像に対して正しい位置に配置することができる。

以上のように、本実施形態に係る合成開口レーダ装置によれば、移動目標の場合は分割画像の位相差を用いて補正位相量を算出し、その補正位相量によって移動目標の位相を補正した後に移動目標の画像化を行うようにしているので、固定画像に対して正しい位置に補正して表示することができる。

（第３の実施形態）
第２の実施形態では、固定目標と移動目標を位相差により区別した後、移動目標の位相を補正し、画像シフトを補正する手法について述べた。この場合、広範囲で位相ヒストグラムを生成すると、固定目標と移動目標のヒストグラムが広がり、固定目標と移動目標の弁別を誤る可能性がある。本実施例では、この移動目標の誤検出を低減するために手法を述べる。

図１１は、第３の実施形態に係る飛翔体搭載の合成開口レーダ装置の構成を示すブロック図である。図１１において、図９に示した第２の実施形態の構成と異なる点は、Ａｚ圧縮部３７と極大値抽出部３８の間に角度分割部３ｄを設け、移動目標画像生成部３ｃの後段に角度合成部３ｅを設けたことにある。角度分割部３ｄは、図１２に示すように、画像化領域を角度方向に、所定の分割角度単位でＰ分割する。このＰ分割により区分した移動目標毎に、（８）式及び（９）式を用いて移動目標画像の補正を行った後、角度合成部３ｅで合成する。このように角度分割して位相補正処理することにより、位相ヒストグラムを作成する範囲が狭くなる。このため、誤検出を低減することができる。

以上のように、本実施形態に係る合成開口レーダ装置では、ＦＦＴしたレンジ（Ｘ）−周波数（Ｙ）軸の出力のうち、代表する出力を用いて振幅の最大からＰ番目までの極大値を算出する際に、画像領域を角度軸でＮ分割し、各々の分割単位毎に極大値を算出し、その極大値におけるＭ通りの出力の位相差を、位相差を横軸にしたヒストグラムにして、度数が所定のスレショルドよりも大きい位相差の目標を固定目標、それ以外を移動目標点と判定して、全体画像の中からＰ通りの移動目標位置（Ｘ、Ｙ）を通る±ΔＹの画像データを抽出し、逆ＦＦＴして得られた信号に位相補正量による補正をした後、ＦＦＴして移動目標を画像化し、全体画像の固定目標画像に重畳する。したがって、移動目標の場合でも、角度分割した範囲毎に分割画像間の位相差を抽出して、限定した角度範囲における誤検出の少ない処理で、固定目標と移動目標を弁別できるため、移動目標の場合でも画像が生成され、検出することができる。

なお、本実施形態は第２の実施形態に適用した場合を説明したが、第１の実施形態に適用すれば同様の効果を実現することができる。

（第４の実施形態）
第１乃至第３の実施形態では、移動目標の画像を再構成する手法について述べた。第４の実施形態では、処理を簡易化するために、移動目標の位置を補正してシンボルで表示するか、生成した移動目標を補正した位置にシフトする手法について述べる。

図１３は、第４の実施形態に係る飛翔体搭載の合成開口レーダ装置の構成を示すブロック図である。図１３において、図９に示した第２の実施形態と異なる点は、移動目標抽出部３９の後段に位置補正量算出部３ｆ、移動目標画像抽出部３ｇ、シンボル作成部３ｈを備えることにある。

すなわち、分割した画像毎に生成して振幅強度の極値を抽出する手法は、第１乃至第３の実施形態と同じである。極値の位相差により、移動目標のシフト位置については、予め位相差と位置ずれの関係を計算してテーブル化し、位置補正量算出部３ｆに登録しておく。テーブルへの入力パラメータとしては、位相差、自機高度、自機速度、目標のＡｚ・ＥＬ角、目標距離等であり、出力がレンジ−クロスレンジ（Ｘ−Ｙ）の画像シフト量である。

このシフト量を用いて、図１４に示すように、補正前の位置にある移動目標画像の所定範囲を抽出して、補正後の位置に表示する。表示方法としては、図１５（ａ）に示すように移動目標のシンボルを生成し、図１５（ｂ）に示すように移動目標画像と重畳させてもよい。また、図１６（ａ）に示すように、移動目標シンボルと固定目標画像と重畳させてもよいし、図１６（ｂ）に示すように、移動目標シンボルと移動目標画像と固定目標画像と重畳させてもよい。

以上のように、本実施形態に係る合成開口レーダ装置では、ヒストグラムにより抽出した位相差と自機高度、自機速度、目標方向（Ａｚ・ＥＬ角）、目標距離等の入力に対する位置補正量のテーブルを予め作成しておき、そのテーブルを参照して補正した移動目標位置に、シンボルか抽出した移動目標の画像を位置補正して重畳するようにしているので、処理の簡易化を行いつつも、移動目標の位置を補正してシンボルで表示するか、生成した移動目標を補正した位置にシフトすることができる。

なお、本実施形態は第２の実施形態に適用した場合を説明したが、第１または第３の実施形態に適用しても同様の効果を実現することができる。

（第５の実施形態）
第１乃至第４の実施形態では、複数の分割画像の位相差により移動目標を検出するため、固定目標を移動目標として誤検出する場合も考えられる。この誤検出を少しでも抑圧するためには、画像化範囲を限定すればよい。そこで、第５の本実施形態として、画像化範囲を限定する手法について述べる。

図１７は、第５の実施形態に係る飛翔体搭載の合成開口レーダ装置の構成を示すブロック図である。図１７において、図９に示した第２の実施形態の構成と異なる点は、ＬＰＲＦ（Low Pulse Repetition Frequency）等により、ＳＡＲ処理をしない方式で目標を相関追跡して、移動目標を抽出し、その移動目標の位置を中心に、第１乃至第４のいずれかの実施形態の処理をすることにある。ＬＰＲＦ方式の場合、図１７に示すように、ＡＤ変換部３１を介してＬＰＲＦ受信信号を取得し、ＦＦＴ処理部３ｉで周波数領域に変換してパルスドップラを取得し、レンジ圧縮部３ｊでレンジ軸に沿ってパルス圧縮し、ＣＦＡＲ（Constant False Alarm Rate）処理部３ｋで複数の極値を持つレンジセルを検出し、移動目標検出部３ｌで閾値以上の極値を持つレンジセルを移動目標として検出し、移動目標相関追跡部３ｍでその検出目標を相関追跡する。この相関追跡により、移動目標の方向がわかるため、ビーム制御部２２にその相関追跡結果を送り、当該ビーム制御部２２によってビームをその方位に向けて、上記ＳＡＲ処理により高精度に位置を出力する。ＳＡＲ処理手法としては、第１乃至第４の実施形態に同じであり、移動目標の抽出範囲が限定される効果がある。

以上のように、本実施形態に係る合成開口レーダ装置では、ＬＰＲＦ等のＳＡＲ処理をしないＣＦＡＲ処理等により、目標を相関追跡して、移動目標を抽出し、その移動目標位置を中心にＳＡＲ処理を行うようにしたので、移動目標の抽出範囲をＬＰＲＦの相関追跡処理により限定できるため、固定目標による誤検出を低減して、効率的に移動目標を抽出及び表示することができる。

なお、上記実施形態において、合成開口処理方式については、ＲＤ画像について示したが、必要に応じてポーラフォーマット変換による画像再構成処理（非特許文献５参照）を用いてもよい。

また、上記実施形態では、スポットライトＳＡＲ方式の場合について述べたが、側方監視のストリップマップＳＡＲ方式（サイドルッキングマッピングに同じ、非特許文献３参照）の場合でも適用することができる。

その他、本実施形態は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１…アンテナ、２…送受信器、２１…送受信部、２２…ビーム制御部、３…信号処理器、３１…ＡＤ（Analog-Digital）変換部、３２…レンジ圧縮部、３３…Ａｚ圧縮部、３４…画像重畳部、３５…データ分割部、３６…レンジ圧縮部、３７…Ａｚ圧縮部、３８…極大値抽出部、３９…移動目標抽出部、３ａ…セル抽出部、３ｂ…位相補正量算出部、３ｃ…移動目標画像生成部、３ｄ…角度分割部、３ｅ…角度合成部、３ｆ…位置補正量算出部、３ｇ…移動目標画像抽出部、３ｈ…シンボル作成部、３ｉ…ＦＦＴ処理部、３ｊ…レンジ圧縮部、３ｋ…ＣＦＡＲ抽出部、３ｌ…移動目標検出部、３２…移動目標相関追跡部。

Claims (16)

1. 移動体に搭載され、前記移動体の移動方向軸上で合成開口によりＮ（Ｎ＞１）個のパルスを画像化範囲に向けて送受信し、その受信信号から目標を検出して画像化する合成開口（ＳＡＲ：Synthetic Aperture Radar）レーダ装置において、
   前記合成開口の全体のＳＡＲ受信信号を周波数領域のパルス圧縮によりレンジ−周波数軸のレンジ−ドップラ（ＲＤ：Range Doppler）信号を生成して固定目標画像を含む全体画像を生成する全体画像生成手段と、
   前記移動体の移動方向軸に従って取得した１〜Ｎ点におけるＳＡＲ受信信号に対して、重複を含めてＭ（Ｍ＞１）通りの合成開口に分割し、前記分割された合成開口の受信信号をそれぞれ周波数領域に変換してレンジ（Ｘ）−周波数（Ｙ）軸のＲＤ信号を生成し、前記ＲＤ信号の代表する出力を用いて振幅の最大からＰ（Ｐ＞１）番目までの極値を算出し、前記極値における前記Ｍ通りの合成開口の出力の位相差を、位相差を横軸にしたヒストグラムにして、度数が所定のスレショルドよりも大きい位相差の目標を固定目標と判定しそれ以外を移動目標として抽出し画像化する移動目標処理手段と、
   前記画像化された移動目標を前記全体画像に重畳する画像重畳手段と
   を具備する合成開口レーダ装置。
2. 前記移動目標処理手段は、さらに、前記全体画像の中から前記抽出された移動目標のＰ（Ｐ＞１）通りの位置（Ｘ，Ｙ）を通る±ΔＹの範囲のセルを抽出し、抽出セルの信号を時間領域の信号に変換して位相補正量を算出し、この位相補正量により前記抽出された移動目標を位相補正をした後に周波数領域に変換して画像化する請求項１記載の合成開口レーダ装置。
3. 前記移動目標処理手段は、さらに、前記画像化範囲の領域を角度軸でＮ分割し、各々の分割単位毎に前記移動目標の抽出及び画像化処理を行って合成出力する請求項１記載の合成開口レーダ装置。
4. 前記移動目標処理手段は、前記ヒストグラムにより抽出した位相差と自機高度、自機速度、目標方向、目標距離の少なくともいずれかの入力に対する位置補正量のテーブルを予め作成しておき、そのテーブルを参照して位相補正した移動目標の位置にシンボルまたは抽出した移動目標画像を重畳する請求項１記載の合成開口レーダ装置。
5. さらに、非ＳＡＲ処理により目標を相関追跡して移動目標を抽出する相関追跡手段を備え、
   前記移動目標処理手段は、前記相関追跡で抽出された移動目標の位置を中心に据えて前記移動目標の抽出及び画像化処理を行う請求項１記載の合成開口レーダ装置。
6. 前記非ＳＡＲ処理は、ＬＰＲＦ（Low Pulse Repetition Frequency）受信信号を取得し、周波数領域に変換してパルスドップラを取得し、レンジ軸に沿ってパルス圧縮し、ＣＦＡＲ（Constant False Alarm Rate）処理で複数の極値を持つレンジセルを検出し、閾値以上の極値を持つレンジセルを移動目標として検出し、その検出目標を相関追跡することを特徴とする請求項５記載の合成開口レーダ装置。
7. 前記全体画像生成手段及び前記移動目標処理手段は、前記ＲＤ信号による画像に対してポーラフォーマット変換による画像再構成処理を施す請求項１記載の合成開口レーダ装置。
8. 前記ＳＡＲの処理は、スポットライトＳＡＲ方式、側方監視のストリップマップＳＡＲ方式のいずれかを採用する請求項１記載の合成開口レーダ装置。
9. 移動体に搭載され、前記移動体の移動方向軸上で合成開口によりＮ（Ｎ＞１）個のパルスを画像化範囲に向けて送受信し、その受信信号から目標を検出して画像化する合成開口（ＳＡＲ：Synthetic Aperture Radar）レーダ装置のレーダ信号処理方法において、
   前記合成開口の全体のＳＡＲ受信信号を周波数領域のパルス圧縮によりレンジ−周波数軸のレンジ−ドップラ（ＲＤ：Range Doppler）信号を生成して固定目標画像を含む全体画像を生成し、
   前記移動体の移動方向軸に従って取得した１〜Ｎ点におけるＳＡＲ受信信号に対して、重複を含めてＭ（Ｍ＞１）通りの合成開口に分割し、
   前記分割された合成開口の受信信号をそれぞれ周波数領域に変換してレンジ（Ｘ）−周波数（Ｙ）軸のＲＤ信号を生成し、
   前記ＲＤ信号の代表する出力を用いて振幅の最大からＰ（Ｐ＞１）番目までの極値を算出し、
   前記極値における前記Ｍ通りの合成開口の出力の位相差を、位相差を横軸にしたヒストグラムにして、度数が所定のスレショルドよりも大きい位相差の目標を固定目標と判定しそれ以外を移動目標として抽出し画像化し、
   前記画像化された移動目標を前記全体画像に重畳する合成開口レーダ装置のレーダ信号処理方法。
10. さらに、前記全体画像の中から前記抽出された移動目標のＰ（Ｐ＞１）通りの位置（Ｘ，Ｙ）を通る±ΔＹの範囲のセルを抽出し、抽出セルの信号を時間領域の信号に変換して位相補正量を算出し、この位相補正量により前記抽出された移動目標を位相補正をした後に周波数領域に変換して画像化する請求項９記載の合成開口レーダ装置のレーダ信号処理方法。
11. さらに、前記画像化範囲の領域を角度軸でＮ分割し、各々の分割単位毎に前記移動目標の抽出及び画像化処理を行って合成出力する請求項９記載の合成開口レーダ装置のレーダ信号処理方法。
12. 前記ヒストグラムにより抽出した位相差と自機高度、自機速度、目標方向、目標距離の少なくともいずれかの入力に対する位置補正量のテーブルを予め作成しておき、そのテーブルを参照して位相補正した移動目標の位置にシンボルまたは抽出した移動目標画像を重畳する請求項９記載の合成開口レーダ装置のレーダ信号処理方法。
13. さらに、非ＳＡＲ処理により目標を相関追跡して移動目標を抽出し、
    前記相関追跡で抽出された移動目標の位置を中心に据えて前記移動目標の抽出及び画像化処理を行う請求項９記載の合成開口レーダ装置のレーダ信号処理方法。
14. 前記非ＳＡＲ処理は、ＬＰＲＦ（Low Pulse Repetition Frequency）受信信号を取得し、周波数領域に変換してパルスドップラを取得し、レンジ軸に沿ってパルス圧縮し、ＣＦＡＲ（Constant False Alarm Rate）処理で複数の極値を持つレンジセルを検出し、閾値以上の極値を持つレンジセルを移動目標として検出し、その検出目標を相関追跡することを特徴とする請求項１３記載の合成開口レーダ装置のレーダ信号処理方法。
15. 前記ＲＤ信号による画像に対してポーラフォーマット変換による画像再構成処理を施す請求項９記載の合成開口レーダ装置のレーダ信号処理方法。
16. 前記ＳＡＲの処理は、スポットライトＳＡＲ方式、側方監視のストリップマップＳＡＲ方式のいずれかを採用する請求項９記載の合成開口レーダ装置のレーダ信号処理方法。

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