JP6469317B2 - Radar processing equipment - Google Patents

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Description

この発明は、チャープ信号の反射波を受信して、反射波の受信信号から合成開口レーダ画像を再生するレーダ処理装置に関するものである。   The present invention relates to a radar processing apparatus that receives a reflected wave of a chirp signal and reproduces a synthetic aperture radar image from the received signal of the reflected wave.

1つ以上のアンテナ開口がプラットフォームの進行方向(以下、「アロングトラック方向」と称する)に並べられ、各々のアンテナ開口で受信された信号を合成開口処理することで、高分解能なレーダ画像である合成開口レーダ(SAR:Synthetic Aperture Radar)画像を再生する技術が知られている。   One or more antenna apertures are arranged in the traveling direction of the platform (hereinafter referred to as “along track direction”), and a signal received at each antenna aperture is subjected to synthetic aperture processing, thereby providing a high-resolution radar image. A technique for reproducing a Synthetic Aperture Radar (SAR) image is known.

一般的なHPRF(High Pulse Repetition Frequency)レーダで発生するレンジアンビギュイティは、パルス信号を観測するSARでも不可避であり、このレンジアンビギュイティは、SAR画像の画質を大きく低下させる要因となる。
以下の特許文献1には、パルス信号として、時間の経過に伴って周波数が変化するチャープ信号を放射するレーダ処理装置が開示されている。
このレーダ処理装置では、チャープ信号を放射する際、例えば、バーカーコードなどの自己相関符号列にしたがってチャープ信号をアップチャープとダウンチャープの間で切り替えることで、レンジアンビギュイティを抑圧するようにしている。アップチャープのチャープ信号は、時間の経過に伴って周波数が高くなる信号であり、ダウンチャープのチャープ信号は、時間の経過に伴って周波数が低くなる信号である。
チャープ信号におけるアップチャープとダウンチャープを切り替えることで、所望の観測ポイントで反射された信号と、その観測ポイント以外のポイントで反射された信号とを区別することができるため、レンジアンビギュイティを抑圧することができる。
Range ambiguity generated in a general HPRF (High Pulse Repetition Frequency) radar is unavoidable even in SAR that observes a pulse signal, and this range ambiguity greatly reduces the image quality of the SAR image.
The following Patent Document 1 discloses a radar processing device that emits a chirp signal whose frequency changes with time as a pulse signal.
In this radar processing device, when radiating a chirp signal, for example, the range ambiguity is suppressed by switching the chirp signal between up-chirp and down-chirp according to an autocorrelation code sequence such as a Barker code. Yes. An up-chirp chirp signal is a signal whose frequency increases with time, and a down-chirp chirp signal is a signal whose frequency decreases with time.
By switching between up-chirp and down-chirp in the chirp signal, the signal reflected at the desired observation point can be distinguished from the signal reflected at a point other than that observation point, thus suppressing range ambiguity. can do.

特開2003−167052号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2003-167052

従来のレーダ処理装置は以上のように構成されているので、アップチャープとダウンチャープの切り替えによって、レンジアンビギュイティを抑圧することができる。しかし、レーダ装置を搭載しているプラットフォームが移動している場合、ドップラーの影響を受けるため、レーダ装置の受信信号におけるレンジ方向の結像位置に、ドップラー周波数と、チャープ信号における周波数の変化率(以下、「チャープレート」と称する)とに応じた位置ずれが生じる。その結果、結像位置が振幅変調して、アロングトラック方向に偽像が発生してしまうという課題があった。   Since the conventional radar processing apparatus is configured as described above, range ambiguity can be suppressed by switching between up-chirp and down-chirp. However, when the platform on which the radar device is mounted is moving, it is affected by Doppler. Therefore, the Doppler frequency and the rate of change in the frequency of the chirp signal (in the imaging direction in the range direction of the received signal of the radar device) ( In the following, a positional deviation corresponding to “char plate” will occur. As a result, there is a problem that the imaging position is amplitude-modulated and a false image is generated in the along track direction.

以下、アロングトラック方向に偽像が発生する理由を具体的に説明する。
レーダ装置を搭載しているプラットフォームが移動している場合、ドップラーの影響を受けるため、レーダ装置がチャープ信号を放射したのち、レーダ装置が観測ポイントで反射されたチャープ信号の反射波を受信しても、その反射波の受信信号における結像位置に位置ずれが生じることが知られている。
この結像位置の位置ずれ量は、ドップラー周波数とチャープレートに依存するため、例えば、スポットライトモードやTOPS(Terrain Observation by Progressive Scans)など、観測時のドップラーが大きくなる観測方法を用いる場合、結像位置の位置ずれを無視することができなくなる。
Hereinafter, the reason why the false image is generated in the along track direction will be specifically described.
When the platform on which the radar device is mounted is moving, it is affected by Doppler. Therefore, after the radar device radiates a chirp signal, the radar device receives the reflected wave of the chirp signal reflected at the observation point. However, it is known that a position shift occurs in the imaging position in the received signal of the reflected wave.
Since the amount of displacement of the imaging position depends on the Doppler frequency and the chirp plate, for example, when using an observation method that increases Doppler at the time of observation, such as spotlight mode or TOPS (Terrain Observing by Progressive Scan), a result is obtained. The positional deviation of the image position cannot be ignored.

特に、アップチャープとダウンチャープを交互に切り替えながら観測する方式では、切り替えを行う毎に、結像位置が変化する。
図13はレーダ装置であるSARセンサと点目標間の距離Rの変化を示す説明図である。
図13では、アップチャープとダウンチャープが切り替わる毎に、変化している結像位置を表している。SARセンサと点目標間の距離RはRを最小として、放物線状の軌跡を描いている。軌跡を破線で表している。
「down」は、チャープ信号がダウンチャープで変調されていることを表し、「up」は、チャープ信号がアップチャープで変調されていることを表している。
In particular, in an observation method in which up-chirp and down-chirp are alternately switched, the imaging position changes each time switching is performed.
FIG. 13 is an explanatory diagram showing a change in the distance R between the SAR sensor, which is a radar device, and the point target.
In FIG. 13, every time the up-chirp and the down-chirp are switched, the imaging position changing is shown. The distance R between the SAR sensor and the point target has a parabolic locus with R 0 as the minimum. The locus is represented by a broken line.
“Down” indicates that the chirp signal is modulated with down chirp, and “up” indicates that the chirp signal is modulated with up chirp.

SARセンサが静止していれば、各々のアジマス時刻において、レンジ圧縮後の受信信号が示す距離Rは、放物線状の軌跡上に位置する。アジマス時刻は、パルス信号であるチャープ信号の送信時刻と受信時刻との中間の時刻である。
したがって、受信信号の結像位置である距離Rのピーク位置は○の位置に現れるが、SARセンサが移動している場合、移動の影響で、レンジ圧縮後の受信信号が示す距離Rがレンジ方向にシフトする。このため、距離Rのピーク位置は●の位置にシフトする。
アップチャープとダウンチャープを交互に切り替えながら観測する方式では、チャープの符号に応じて、ピーク位置の位置ずれ方向が反転する。また、ドップラー周波数が正から負に変化することに伴って位置ずれ方向が反転する。
If the SAR sensor is stationary, at each azimuth time, the distance R indicated by the received signal after range compression is located on a parabolic locus. The azimuth time is an intermediate time between the transmission time and the reception time of the chirp signal, which is a pulse signal.
Therefore, although the peak position of the distance R, which is the imaging position of the received signal, appears at the position of ◯, when the SAR sensor is moving, the distance R indicated by the received signal after the range compression is changed in the range direction due to the movement. Shift to. For this reason, the peak position of the distance R is shifted to the position of ●.
In the method of observing while alternately switching between up-chirp and down-chirp, the direction of displacement of the peak position is reversed according to the chirp sign. Further, the displacement direction is reversed as the Doppler frequency changes from positive to negative.

位置ずれ量の絶対値は、ドップラー周波数の絶対値に比例して大きくなる。この位置ずれ量の絶対値は、通常、レンジサンプリング間隔より小さいが、図13に示すように、距離Rの軌跡に沿ったアジマス方向の並びにおいて、アジマス方向の振幅変調が発生する。
アジマス方向の振幅変調が発生している状態で、結像位置の位置ずれを補正することなく、受信信号から再生されたSAR画像には、その振幅変調の影響でアロングトラック方向にアンビギュイティが発生する。
The absolute value of the positional deviation amount increases in proportion to the absolute value of the Doppler frequency. Although the absolute value of this positional deviation amount is usually smaller than the range sampling interval, amplitude modulation in the azimuth direction occurs in the arrangement in the azimuth direction along the path of the distance R as shown in FIG.
In the state where amplitude modulation in the azimuth direction has occurred, the SAR image reproduced from the received signal without correcting the displacement of the imaging position has ambiguity in the along track direction due to the influence of the amplitude modulation. Occur.

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、アロングトラック方向の偽像がない合成開口レーダ画像を再生することができるレーダ処理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, and an object of the present invention is to obtain a radar processing apparatus that can reproduce a synthetic aperture radar image that does not have a false image in the along track direction.

この発明に係るレーダ処理装置は、チャープ信号における周波数の変化率を変えながら、チャープ信号を繰り返し空間に放射し、目標に反射されたチャープ信号の反射波を受信して、その反射波の受信信号を出力するレーダセンサと、レーダセンサの移動に伴って発生する受信信号における結像位置の位置ずれを補正し、位置ずれ補正後の受信信号から合成開口レーダ画像を再生する信号処理部とを備え、信号処理部が、反射波の受信信号を周波数空間上の受信データに変換し、複数の変化率の情報を用いて、変化率毎に、周波数空間上の受信データにおける結像位置の位置ずれを補正してから受信データを時間領域の信号に戻し、異なる変化率にそれぞれ対応する時間領域の信号を結合するようにしたものである。 The radar processing apparatus according to the present invention repeatedly emits a chirp signal to space while changing the frequency change rate of the chirp signal, receives the reflected wave of the chirp signal reflected by the target, and receives the reflected signal of the reflected wave And a signal processing unit that corrects the positional deviation of the imaging position in the received signal generated by the movement of the radar sensor and reproduces the synthetic aperture radar image from the received signal after the positional deviation correction. The signal processing unit converts the reception signal of the reflected wave into reception data on the frequency space, and uses the information on the plurality of change rates to change the position of the imaging position in the reception data on the frequency space for each change rate. After the correction, the received data is returned to the time domain signal, and the time domain signals respectively corresponding to different rates of change are combined.

この発明によれば、信号処理部が、反射波の受信信号を周波数空間上の受信データに変換し、チャープ信号における周波数の変化率毎に、周波数空間上の受信データにおける結像位置の位置ずれを補正してから受信データを時間領域の信号に戻し、各々の変化率における時間領域の信号を結合するように構成したので、アロングトラック方向の偽像がない合成開口レーダ画像を再生することができる効果がある。   According to the present invention, the signal processing unit converts the reception signal of the reflected wave into the reception data in the frequency space, and the position shift of the imaging position in the reception data in the frequency space for each frequency change rate in the chirp signal. After the correction, the received data is returned to the time domain signal, and the time domain signal at each rate of change is combined, so that a synthetic aperture radar image without a false image in the along track direction can be reproduced. There is an effect that can be done.

この発明の実施の形態1によるレーダ処理装置を示す構成図である。It is a block diagram which shows the radar processing apparatus by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1によるレーダ処理装置の信号処理器23を示す構成図である。It is a block diagram which shows the signal processor 23 of the radar processing apparatus by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1によるレーダ処理装置における信号処理器23のハードウェア構成図である。It is a hardware block diagram of the signal processor 23 in the radar processing apparatus by Embodiment 1 of this invention. 信号処理器23がソフトウェアやファームウェアなどで実現される場合のコンピュータのハードウェア構成図である。It is a hardware block diagram of a computer in case the signal processor 23 is implement | achieved by software, firmware, etc. 信号処理器23がソフトウェアやファームウェアなどで実現される場合の処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process sequence in case the signal processor 23 is implement | achieved by software, firmware, etc. 図1のレーダ処理装置による観測のジオメトリを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the geometry of observation by the radar processing apparatus of FIG. 図7AはアップチャープのチャープレートK に対応する信号が補正されている例を示す説明図、図7BはダウンチャープのチャープレートK に対応する信号が補正されている例を示す説明図である。FIG. 7A is an explanatory diagram illustrating an example in which a signal corresponding to the chirp plate K r 1 of the up chirp is corrected, and FIG. 7B is an explanatory diagram illustrating an example in which a signal corresponding to the chirp plate K r 2 of the down chirp is corrected. FIG. この発明の実施の形態2によるレーダ処理装置の信号処理器23を示す構成図である。It is a block diagram which shows the signal processor 23 of the radar processing apparatus by Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態2によるレーダ処理装置における信号処理器23のハードウェア構成図である。It is a hardware block diagram of the signal processor 23 in the radar processing apparatus by Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態3によるレーダ処理装置の信号処理器23を示す構成図である。It is a block diagram which shows the signal processor 23 of the radar processing apparatus by Embodiment 3 of this invention. この発明の実施の形態3によるレーダ処理装置における信号処理器23のハードウェア構成図である。It is a hardware block diagram of the signal processor 23 in the radar processing apparatus by Embodiment 3 of this invention. ヒット分割部47によるデジタル受信信号S[η,τ]の分割処理を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the division | segmentation process of the digital received signal Sr [(eta), (tau)] by the hit division part 47. FIG. アップチャープとダウンチャープが切り替わる毎に変化する結像位置を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the imaging position which changes whenever an up chirp and a down chirp switch.

以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面にしたがって説明する。   Hereinafter, in order to describe the present invention in more detail, modes for carrying out the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1によるレーダ処理装置を示す構成図である。
図2はこの発明の実施の形態1によるレーダ処理装置の信号処理器23を示す構成図であり、図3はこの発明の実施の形態1によるレーダ処理装置における信号処理器23のハードウェア構成図である。
図1から図3において、レーダセンサ1はチャープ信号における周波数の変化率(以下、「チャープレート」と称する)を変えながら、そのチャープ信号を繰り返し空間に放射し、目標に反射されたチャープ信号の反射波を受信して、その反射波の受信信号を出力するレーダ装置である。
信号処理部2はレーダセンサ1の移動に伴って発生する受信信号における結像位置の位置ずれを補正し、位置ずれ補正後の受信信号からSAR画像(合成開口レーダ画像)を再生する処理を実施する。
この実施の形態1では、レーダセンサ1が切り替えるチャープレートの総数がNであるとする。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a block diagram showing a radar processing apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
2 is a block diagram showing the signal processor 23 of the radar processing apparatus according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a hardware block diagram of the signal processor 23 in the radar processing apparatus according to the first embodiment of the present invention. It is.
1 to 3, the radar sensor 1 repeatedly radiates the chirp signal to the space while changing the rate of change of the frequency of the chirp signal (hereinafter referred to as “chirp plate”), and the chirp signal reflected by the target. A radar device that receives a reflected wave and outputs a received signal of the reflected wave.
The signal processing unit 2 corrects the positional deviation of the imaging position in the reception signal generated with the movement of the radar sensor 1, and performs a process of reproducing the SAR image (synthetic aperture radar image) from the reception signal after the positional deviation correction. To do.
In the first embodiment, it is assumed that the total number of char plates to be switched by the radar sensor 1 is N.

励振部11は目標の観測に使用するパルス信号として、時間の経過に伴って周波数が変化するチャープ信号を生成し、そのチャープ信号を増幅部12に繰り返し出力する。
励振部11により生成されるチャープ信号は、後述する制御器21から出力された制御信号が示すチャープレートのチャープ信号である。
簡単な例では、時間の経過に伴って周波数が高くなるアップチャープのチャープ信号と、時間の経過に伴って周波数が低くなるダウンチャープのチャープ信号とを交互に生成する態様が考えられるが、励振部11から出力されるチャープ信号のチャープレートが切り替わるものであればよく、アップチャープのチャープ信号とダウンチャープのチャープ信号とが交互に出力されるものに限るものではない。
また、交互に切り替える必要もなく、チャープレートの異なるチャープ信号が複数回連続して放射されるものであっても構わない。また、アップチャープのチャープ信号とダウンチャープのチャープ信号が同時に出力されるものであってもよい。
The excitation unit 11 generates a chirp signal whose frequency changes with time as a pulse signal used for target observation, and repeatedly outputs the chirp signal to the amplification unit 12.
The chirp signal generated by the excitation unit 11 is a chirp signal of a chirp plate indicated by a control signal output from the controller 21 described later.
In a simple example, an up-chirp chirp signal whose frequency increases with time and a down-chirp chirp signal whose frequency decreases with time can be generated alternately. The chirp signal of the chirp signal output from the unit 11 may be switched, and the chirp signal of the up chirp and the down chirp signal of the chirp signal are not limited to those alternately output.
Moreover, it is not necessary to switch alternately, and the chirp signals having different chirp plates may be continuously emitted a plurality of times. Alternatively, an up-chirp chirp signal and a down-chirp chirp signal may be output simultaneously.

増幅部12は励振部11から出力されたチャープ信号の信号レベルを所望の信号レベルまで増幅し、増幅後のチャープ信号を送受切換器13に出力する。
送受切換器13は送受信アンテナ14の送信状態と受信状態を切り換える切換器であり、増幅部12から出力されたチャープ信号を送受信アンテナ14に出力する一方、送受信アンテナ14から出力された反射波の信号を受信部15に出力する。
The amplifying unit 12 amplifies the signal level of the chirp signal output from the excitation unit 11 to a desired signal level, and outputs the amplified chirp signal to the transmission / reception switch 13.
The transmission / reception switch 13 is a switch that switches between the transmission state and the reception state of the transmission / reception antenna 14 and outputs the chirp signal output from the amplification unit 12 to the transmission / reception antenna 14, while the reflected wave signal output from the transmission / reception antenna 14. Is output to the receiver 15.

送受信アンテナ14は送受切換器13から出力されたチャープ信号を空間に放射する。
送受信アンテナ14から空間に放射されたチャープ信号は、例えば飛行機や地表面などの散乱体(目標)に照射されて散乱する。散乱体に散乱されたチャープ信号の一部は、チャープ信号の反射波として送受信アンテナ14に戻ってくる。
送受信アンテナ14は、散乱体に散乱されて戻ってきたチャープ信号の反射波を受信し、その反射波の信号であるRF(Radio Frequency)信号を送受切換器13に出力する。
図1では、1つの送受信アンテナ14が送信アンテナと受信アンテナを兼ねている例を示しているが、送信アンテナと受信アンテナを別々に備えているものであってもよい。
また、複数の送受信アンテナ14を備えているものであってもよい。
The transmission / reception antenna 14 radiates the chirp signal output from the transmission / reception switch 13 into space.
The chirp signal radiated into the space from the transmitting / receiving antenna 14 is irradiated and scattered on a scatterer (target) such as an airplane or the ground surface. A part of the chirp signal scattered by the scatterer returns to the transmitting / receiving antenna 14 as a reflected wave of the chirp signal.
The transmission / reception antenna 14 receives the reflected wave of the chirp signal scattered and returned by the scatterer, and outputs an RF (Radio Frequency) signal, which is a signal of the reflected wave, to the transmission / reception switch 13.
Although FIG. 1 shows an example in which one transmission / reception antenna 14 serves as both a transmission antenna and a reception antenna, a transmission antenna and a reception antenna may be provided separately.
Further, a plurality of transmission / reception antennas 14 may be provided.

受信部15は送受切換器13から出力されたRF信号の受信処理を実施し、その受信したRF信号をベースバンド信号に変換して、そのベースバンド信号をデータ記録部16に出力する。
データ記録部16はA/D(Analog to Digital)変換器16aを内蔵しており、A/D変換器16aによって所定のサンプリングレート毎に、受信部15から出力されたベースバンド信号がアナログ信号からデジタル信号に変換されると、そのデジタル信号であるデジタル受信信号を信号処理部2に出力する。
複数の送受信アンテナ14が実装されている場合、受信部15及びデータ記録部16は、受信チャンネル数分の信号を同時に処理する機能を備えているものとする。
The receiving unit 15 performs reception processing of the RF signal output from the transmission / reception switcher 13, converts the received RF signal into a baseband signal, and outputs the baseband signal to the data recording unit 16.
The data recording unit 16 includes an A / D (Analog to Digital) converter 16a, and the baseband signal output from the receiving unit 15 by the A / D converter 16a at every predetermined sampling rate is converted from an analog signal. When converted into a digital signal, a digital reception signal which is the digital signal is output to the signal processing unit 2.
When a plurality of transmission / reception antennas 14 are mounted, it is assumed that the reception unit 15 and the data recording unit 16 have a function of simultaneously processing signals for the number of reception channels.

運動計測部17はレーダセンサ1が搭載されているプラットフォームの運動情報を計測する計測装置である。
即ち、運動計測部17は、プラットフォームの運動を司る3軸の角度又は角速度と加速度を計測するIMU(Inertial Measurement Unit)、プラットフォームの位置情報を出力するGPS(Global Positioning System)受信機、方位情報を出力する磁気コンパスなど、プラットフォームの位置や姿勢角などを計測する計測器を備えている。
運動計測部17により計測されたプラットフォームの運動情報は、信号処理部2に出力される。より精度の高い観測を行うには、プラットフォームの位置、速度、姿勢などが計測されることが望ましい。
The motion measurement unit 17 is a measurement device that measures motion information of the platform on which the radar sensor 1 is mounted.
That is, the motion measurement unit 17 includes an IMU (Internal Measurement Unit) that measures three-axis angles or angular velocities and accelerations that control the platform motion, a GPS (Global Positioning System) receiver that outputs platform position information, and direction information. It is equipped with measuring instruments that measure the platform position and posture angle, such as an output magnetic compass.
The platform motion information measured by the motion measuring unit 17 is output to the signal processing unit 2. In order to perform observation with higher accuracy, it is desirable to measure the position, speed, posture, etc. of the platform.

制御器21はレーダセンサ1及び信号処理器23に対して、例えば、チャープレートを示す制御信号を出力することで、合成開口処理を実施させる制御回路である。
記憶装置22は例えばハードディスクなどで構成されており、レーダセンサ1のデータ記録部16から出力されたデジタル受信信号や、レーダセンサ1の運動計測部17から出力されたプラットフォームの運動情報などを記憶する装置である。
信号処理器23は記憶装置22に記憶されているデジタル受信信号における結像位置の位置ずれを補正し、位置ずれ補正後の受信信号からSAR画像を再生する処理を実施する。
表示器24は例えばGPU(Graphics Processing Unit)などを備えており、信号処理器23により再生されたSAR画像をディスプレイに表示する。
The controller 21 is a control circuit that performs a synthetic aperture process by outputting, for example, a control signal indicating a char plate to the radar sensor 1 and the signal processor 23.
The storage device 22 is configured by a hard disk, for example, and stores a digital reception signal output from the data recording unit 16 of the radar sensor 1, platform motion information output from the motion measurement unit 17 of the radar sensor 1, and the like. Device.
The signal processor 23 corrects the misalignment of the imaging position in the digital reception signal stored in the storage device 22 and performs a process of reproducing the SAR image from the received signal after the misalignment correction.
The display device 24 includes, for example, a GPU (Graphics Processing Unit) and displays the SAR image reproduced by the signal processor 23 on the display.

信号処理器23の周波数領域変換部31はアジマスフーリエ変換部32及びレンジフーリエ変換部33を備えており、記憶装置22に記憶されているデジタル受信信号を周波数領域の受信データに変換する処理を実施する。
アジマスフーリエ変換部32は例えば図3のアジマスフーリエ変換回路51で実現されるものであり、記憶装置22に記憶されているデジタル受信信号をアジマス方向にフーリエ変換し、フーリエ変換後の受信データをレンジフーリエ変換部33に出力する処理を実施する。
The frequency domain conversion unit 31 of the signal processor 23 includes an azimuth Fourier transform unit 32 and a range Fourier transform unit 33, and performs a process of converting a digital reception signal stored in the storage device 22 into frequency domain reception data. To do.
The azimuth Fourier transform unit 32 is realized by, for example, the azimuth Fourier transform circuit 51 of FIG. 3, and performs a Fourier transform on the digital reception signal stored in the storage device 22 in the azimuth direction, and the received data after the Fourier transform is ranged. A process of outputting to the Fourier transform unit 33 is performed.

レンジフーリエ変換部33は例えば図3のレンジフーリエ変換回路52で実現されるものであり、アジマスフーリエ変換部32から出力されたフーリエ変換後の受信データをレンジ方向にフーリエ変換して、フーリエ変換後の受信データを位置ずれ補正部34に出力する処理を実施する。
図2では、アジマスフーリエ変換部32がデジタル受信信号をアジマス方向にフーリエ変換してから、レンジフーリエ変換部33がレンジ方向にフーリエ変換する例を示しているが、レンジフーリエ変換部33がデジタル受信信号をレンジ方向にフーリエ変換してから、アジマスフーリエ変換部32がアジマス方向にフーリエ変換するようにしてもよい。
The range Fourier transform unit 33 is realized by, for example, the range Fourier transform circuit 52 of FIG. 3, and performs Fourier transform on the received data after the Fourier transform output from the azimuth Fourier transform unit 32 in the range direction, and after the Fourier transform. The received data is output to the misalignment correction unit 34.
FIG. 2 shows an example in which the azimuth Fourier transform unit 32 performs Fourier transform on the digital received signal in the azimuth direction, and then the range Fourier transform unit 33 performs Fourier transform in the range direction. After the signal is Fourier-transformed in the range direction, the azimuth Fourier transform unit 32 may perform Fourier transform in the azimuth direction.

位置ずれ補正部34は例えば図3の位置ずれ補正回路53で実現されるものであり、チャープ信号のチャープレートK (n=1,2,・・・,N)毎に、当該チャープレートK に対応する位置ずれの補正係数C(fτ,fη)を算出し、その補正係数C(fτ,fη)をレンジフーリエ変換部33から出力された受信データに乗算することで、その受信データにおける結像位置の位置ずれを補正する処理を実施する。
補正係数算出部35−n(n=1,2,・・・,N)はチャープレートK に対応する位置ずれの補正係数C(fτ,fη)を算出する処理を実施する。
補正係数乗算部36−n(n=1,2,・・・,N)は補正係数算出部35−nにより算出された補正係数C(fτ,fη)をレンジフーリエ変換部33から出力された受信データに乗算することで、その受信データにおける結像位置の位置ずれを補正する処理を実施する。
図2では、補正係数算出部35−nがチャープレートK に対応する位置ずれの補正係数C(fτ,fη)を算出する例を示しているが、予め、チャープレートK に対応する位置ずれの補正係数C(fτ,fη)を保持しておくようにしてもよい。
Positional deviation correcting unit 34 is intended to be realized in the positional deviation correction circuit 53 of FIG. 3, for example, char chirp signal plate K r n (n = 1,2, ···, N) for each, the chirp K r correction coefficient of the displacement corresponding to n C n (f τ, f η) is calculated and multiplied by the correction coefficient C n (f τ, f η ) received data output from the range Fourier transform unit 33 As a result, a process for correcting the displacement of the imaging position in the received data is performed.
Correction coefficient calculating unit 35-n (n = 1,2, ···, N) carries out a process of calculating a correction coefficient of the displacement corresponding to the chirp K r n C n (f τ , f η) .
The correction coefficient multiplication unit 36-n (n = 1, 2,..., N) receives the correction coefficient C n (f τ , f η ) calculated by the correction coefficient calculation unit 35-n from the range Fourier transform unit 33. By multiplying the output reception data, a process for correcting the positional deviation of the imaging position in the reception data is performed.
In Figure 2, the correction coefficient of misalignment correction coefficient calculating unit 35-n corresponding to the chirp K r n C n (f τ , f η) is shown an example of calculating the advance chirp K r A misalignment correction coefficient C n (f τ , f η ) corresponding to n may be held.

時間領域変換部37はレンジ逆フーリエ変換部38−1〜38−N及びアジマス逆フーリエ変換部39−1〜39−Nを備えており、位置ずれ補正部34により位置ずれが補正された受信データを時間領域の信号に変換する処理を実施する。
レンジ逆フーリエ変換部38−n(n=1,2,・・・,N)は例えば図3のレンジ逆フーリエ変換回路54で実現されるものであり、位置ずれ補正部34の補正係数算出部35−nにより位置ずれが補正された受信データをレンジ方向に逆フーリエ変換して、逆フーリエ変換後の受信データをアジマス逆フーリエ変換部39−nに出力する処理を実施する。
アジマス逆フーリエ変換部39−n(n=1,2,・・・,N)は例えば図3のアジマス逆フーリエ変換回路55で実現されるものであり、レンジ逆フーリエ変換部38−nから出力された受信データをアジマス方向に逆フーリエ変換して、逆フーリエ変換後の受信データを時間領域の信号として抽出結合部40に出力する処理を実施する。
図2では、レンジ逆フーリエ変換部38−nが受信データをレンジ方向に逆フーリエ変換してから、アジマス逆フーリエ変換部39−nがアジマス方向に逆フーリエ変換する例を示しているが、アジマス逆フーリエ変換部39−nが受信データをアジマス方向に逆フーリエ変換してから、レンジ逆フーリエ変換部38−nがレンジ方向に逆フーリエ変換するようにしてもよい。
The time domain conversion unit 37 includes range inverse Fourier transform units 38-1 to 38 -N and azimuth inverse Fourier transform units 39-1 to 39-N, and the received data whose positional deviation has been corrected by the positional deviation correction unit 34. Is converted into a time domain signal.
The range inverse Fourier transform unit 38-n (n = 1, 2,..., N) is realized by, for example, the range inverse Fourier transform circuit 54 of FIG. The reception data whose position shift is corrected by 35-n is subjected to inverse Fourier transform in the range direction, and the received data after the inverse Fourier transform is output to the azimuth inverse Fourier transform unit 39-n.
The azimuth inverse Fourier transform unit 39-n (n = 1, 2,..., N) is realized by, for example, the azimuth inverse Fourier transform circuit 55 of FIG. 3, and is output from the range inverse Fourier transform unit 38-n. The received data is subjected to inverse Fourier transform in the azimuth direction, and the received data after the inverse Fourier transform is output to the extraction / combining unit 40 as a time domain signal.
FIG. 2 illustrates an example in which the range inverse Fourier transform unit 38-n performs inverse Fourier transform on the received data in the range direction and then the azimuth inverse Fourier transform unit 39-n performs inverse Fourier transform in the azimuth direction. After the inverse Fourier transform unit 39-n performs inverse Fourier transform on the received data in the azimuth direction, the range inverse Fourier transform unit 38-n may perform inverse Fourier transform in the range direction.

抽出結合部40は例えば図3の抽出結合回路56で実現されるものであり、時間領域変換部37のアジマス逆フーリエ変換部39−1〜39−Nにより変換された時間領域の信号から、チャープ信号のチャープレートK (n=1,2,・・・,N)に対応する信号をそれぞれ抽出し、それぞれ抽出したチャープレートK (n=1,2,・・・,N)に対応する信号を結合する処理を実施する。
画像再生部41は例えば図3の画像再生回路57で実現されるものであり、抽出結合部40により結合された信号からSAR画像を再生する処理を実施する。
The extraction / combining unit 40 is realized by, for example, the extraction / combining circuit 56 of FIG. 3, and chirps the time domain signal converted by the azimuth inverse Fourier transform units 39-1 to 39-N of the time domain conversion unit 37. signal chirp K r n (n = 1,2, ···, n) a signal corresponding to the respectively extracted, char respectively extracted plate K r n (n = 1,2, ···, n) A process of combining the signals corresponding to is performed.
The image reproduction unit 41 is realized by, for example, the image reproduction circuit 57 of FIG. 3, and performs a process of reproducing the SAR image from the signal combined by the extraction combination unit 40.

図2では、信号処理器23の構成要素であるアジマスフーリエ変換部32、レンジフーリエ変換部33、位置ずれ補正部34、レンジ逆フーリエ変換部38−1〜38−N、アジマス逆フーリエ変換部39−1〜39−N、抽出結合部40及び画像再生部41のそれぞれが、図3に示すような専用のハードウェア、即ち、アジマスフーリエ変換回路51、レンジフーリエ変換回路52、位置ずれ補正回路53、レンジ逆フーリエ変換回路54、アジマス逆フーリエ変換回路55、抽出結合回路56及び画像再生回路57で実現されるものを想定している。
ここで、アジマスフーリエ変換回路51、レンジフーリエ変換回路52、位置ずれ補正回路53、レンジ逆フーリエ変換回路54、アジマス逆フーリエ変換回路55、抽出結合回路56及び画像再生回路57は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field−Programmable Gate Array)、または、これらを組み合わせたものが該当する。
In FIG. 2, the azimuth Fourier transform unit 32, the range Fourier transform unit 33, the position shift correction unit 34, the range inverse Fourier transform units 38-1 to 38 -N, and the azimuth inverse Fourier transform unit 39 which are components of the signal processor 23. -3 to 39-N, the extraction / combining unit 40, and the image reproduction unit 41 are respectively dedicated hardware as shown in FIG. 3, that is, an azimuth Fourier transform circuit 51, a range Fourier transform circuit 52, and a positional deviation correction circuit 53. It is assumed that the circuit is realized by a range inverse Fourier transform circuit 54, an azimuth inverse Fourier transform circuit 55, an extraction / coupling circuit 56, and an image reproduction circuit 57.
Here, the azimuth Fourier transform circuit 51, the range Fourier transform circuit 52, the misalignment correction circuit 53, the range inverse Fourier transform circuit 54, the azimuth inverse Fourier transform circuit 55, the extraction coupling circuit 56, and the image reproduction circuit 57 are, for example, a single unit. A circuit, a composite circuit, a programmed processor, a processor programmed in parallel, an application specific integrated circuit (ASIC), a field-programmable gate array (FPGA), or a combination thereof is applicable.

ただし、信号処理器23の構成要素が専用のハードウェアで実現されるものに限るものではなく、信号処理器23がソフトウェア、ファームウェア、または、ソフトウェアとファームウェアとの組み合わせで実現されるものであってもよい。
ソフトウェアやファームウェアはプログラムとして、コンピュータのメモリに格納される。コンピュータは、プログラムを実行するハードウェアを意味し、例えば、CPU(Central Processing Unit)、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、DSP(Digital Signal Processor)などが該当する。
また、コンピュータのメモリは、例えば、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリ、EPROM(Erasable Programmable Read Only Memory)、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)などの不揮発性又は揮発性の半導体メモリや、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、DVD(Digital Versatile Disc)などが該当する。
However, the components of the signal processor 23 are not limited to those realized by dedicated hardware, and the signal processor 23 is realized by software, firmware, or a combination of software and firmware. Also good.
Software and firmware are stored as programs in the memory of the computer. The computer means hardware that executes a program, and includes, for example, a CPU (Central Processing Unit), a central processing unit, a processing unit, an arithmetic unit, a microprocessor, a microcomputer, a processor, a DSP (Digital Signal Processor), and the like. .
The memory of the computer is, for example, a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), a flash memory, an EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory), or an EEPROM (Electrically Erasable Promable Memory). This includes a semiconductor memory, a magnetic disk, a flexible disk, an optical disk, a compact disk, a mini disk, a DVD (Digital Versatile Disc), and the like.

図4は信号処理器23がソフトウェアやファームウェアなどで実現される場合のコンピュータのハードウェア構成図である。
信号処理器23がソフトウェアやファームウェアなどで実現される場合、アジマスフーリエ変換部32、レンジフーリエ変換部33、位置ずれ補正部34、レンジ逆フーリエ変換部38−1〜38−N、アジマス逆フーリエ変換部39−1〜39−N、抽出結合部40及び画像再生部41の処理手順をコンピュータに実行させるためのプログラムをメモリ71に格納し、コンピュータのプロセッサ72がメモリ71に格納されているプログラムを実行するようにすればよい。
図5は信号処理器23がソフトウェアやファームウェアなどで実現される場合の処理手順を示すフローチャートである。
FIG. 4 is a hardware configuration diagram of a computer when the signal processor 23 is realized by software, firmware, or the like.
When the signal processor 23 is realized by software, firmware, or the like, the azimuth Fourier transform unit 32, the range Fourier transform unit 33, the positional deviation correction unit 34, the range inverse Fourier transform units 38-1 to 38-N, the azimuth inverse Fourier transform. A program for causing the computer to execute the processing procedures of the units 39-1 to 39-N, the extraction / combining unit 40, and the image reproduction unit 41 is stored in the memory 71, and the program stored in the memory 71 by the processor 72 of the computer It should be executed.
FIG. 5 is a flowchart showing a processing procedure when the signal processor 23 is realized by software, firmware, or the like.

また、図3では信号処理器23の構成要素のそれぞれが専用のハードウェアで実現される例を示し、図4では、信号処理器23がソフトウェアやファームウェアなどで実現される例を示しているが、信号処理器23における一部の構成要素が専用のハードウェアで実現され、残りの構成要素がソフトウェアやファームウェアなどで実現されるものであってもよい。   3 shows an example in which each component of the signal processor 23 is realized by dedicated hardware, and FIG. 4 shows an example in which the signal processor 23 is realized by software, firmware, or the like. Alternatively, some components in the signal processor 23 may be realized by dedicated hardware, and the remaining components may be realized by software, firmware, or the like.

図6は図1のレーダ処理装置による観測のジオメトリを示す説明図である。
図6を参照しながら、レーダセンサ1の移動に伴う結像位置の位置ずれについて説明するとともに、結像位置の位置ずれに関する補正処理の原理について説明する。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing the geometry of observation by the radar processing apparatus of FIG.
With reference to FIG. 6, the positional deviation of the imaging position accompanying the movement of the radar sensor 1 will be described, and the principle of correction processing related to the positional deviation of the imaging position will be described.

図6では、レーダセンサ1と、観測対象である点目標100との幾何学的な配置を示しており、プラットフォームの進行方向であるアロングトラック方向、即ち、プラットフォームに搭載されているレーダセンサ1のアジマス方向の速度がV、アロングトラック方向と直交する方向であるクロストラック方向とレーダセンサ1のビーム指向方向とのなす角であるビームステアリング角がθ、プラットフォームの直下とクロストラック方向とのなす角であるオフナディア角がθoffである。
また、レーダセンサ1と点目標100との距離がR、レーダセンサ1と点目標100との最近接距離がRである。
また、図6では、レーダセンサ1から放射されたチャープ信号によるレーダビームのフットプリントを楕円で表しており、アジマス方向と直交する方向を破線で表している。
FIG. 6 shows the geometrical arrangement of the radar sensor 1 and the point target 100 to be observed, and the along-track direction that is the traveling direction of the platform, that is, the radar sensor 1 mounted on the platform. The velocity in the azimuth direction is V r , the beam steering angle that is the angle formed between the cross track direction that is orthogonal to the along track direction and the beam pointing direction of the radar sensor 1 is θ, and the beam steering angle that is directly below the platform and the cross track direction is formed. The off-nadir angle, which is an angle, is θ off .
The distance between the radar sensor 1 and the point target 100 is R, and the closest distance between the radar sensor 1 and the point target 100 is R 0 .
In FIG. 6, the footprint of the radar beam by the chirp signal radiated from the radar sensor 1 is represented by an ellipse, and the direction orthogonal to the azimuth direction is represented by a broken line.

ここでは、アジマス時刻η=0におけるレーダセンサ1の送受信アンテナ14の位置を原点Oとして、プラットフォームの進行方向をx軸、水平面内でx軸と直交し、かつ、プラットフォームの進行方向に対して左向きを正とする軸をy軸、鉛直方向上向きをz軸とする座標系を定義する。
また、プラットフォームの高度をhとして、地表面はx−y平面に並行で、z=−h[m]の高さにあるものとする。
Here, the position of the transmission / reception antenna 14 of the radar sensor 1 at the azimuth time η = 0 is the origin O, the platform traveling direction is the x-axis, the horizontal plane is orthogonal to the x-axis, and the platform is traveling leftward A coordinate system is defined in which the y axis is the positive axis and the z axis is the upward vertical direction.
Further, it is assumed that the altitude of the platform is h and the ground surface is parallel to the xy plane and at a height of z = −h [m].

この場合、点目標100のスラントレンジ変化をR[η,τ]とすると、レーダセンサ1の送受信アンテナ14により受信されたのち、データ記録部16から出力されるベースバンドのデジタル受信信号S[η,τ]は、下記の式(1)のように表される。

Figure 0006469317
式(1)において、ηはアジマス時刻、τはレンジ方向の時刻、fはレーダセンサ1から放射されたチャープ信号の中心周波数である。
また、K[η]はアジマス時刻ηにおけるチャープ信号のチャープレート、cは光速、Tはチャープ信号のパルス幅である。In this case, assuming that the slant range change of the point target 100 is R [η, τ], the baseband digital reception signal S r [output from the data recording unit 16 after being received by the transmission / reception antenna 14 of the radar sensor 1. [eta], [tau]] is expressed by the following equation (1).
Figure 0006469317
In equation (1), η is the azimuth time, τ is the time in the range direction, and f 0 is the center frequency of the chirp signal radiated from the radar sensor 1.
K r [η] is the chirp signal of the chirp signal at the azimuth time η, c is the speed of light, and T is the pulse width of the chirp signal.

式(1)におけるrect[・] は矩形関数であり、下記の式(2)のように表される。

Figure 0006469317
In the equation (1), rect [•] is a rectangular function and is expressed as the following equation (2).
Figure 0006469317

また、パルス受信中のレーダセンサ1と点目標100間の変化を考慮するために、名目上のパルス受信位置での点目標100のレンジをR[η]とすると、式(1)における点目標100のスラントレンジ変化R[η,τ]は、下記の式(3)のように表される。

Figure 0006469317
Further, in order to consider the change between the radar sensor 1 and the point target 100 during pulse reception, if the range of the point target 100 at the nominal pulse reception position is R [η], the point target in equation (1) The slant range change R [η, τ] of 100 is expressed by the following equation (3).
Figure 0006469317

点目標100のスラントレンジ変化R[η,τ]が式(3)で表されるとすると、式(1)のデジタル受信信号S[η,τ]の位相は、下記の式(4)のように表される。

Figure 0006469317
Assuming that the slant range change R [η, τ] of the point target 100 is expressed by equation (3), the phase of the digital received signal S r [η, τ] of equation (1) is expressed by the following equation (4): It is expressed as
Figure 0006469317

式(4)の展開式において、第1項及び第2項は、プラットフォームの移動を考慮しない場合の受信信号の位相を表している。
第3項以降は、プラットフォームの移動に伴う位相変化を表している。
In the expanded expression of Expression (4), the first and second terms represent the phase of the received signal when the movement of the platform is not considered.
The third and subsequent items represent phase changes accompanying the movement of the platform.

次に、デジタル受信信号S[η,τ]のうち、レンジ方向の信号であるS[τ]のレンジ圧縮に用いる参照信号Sref[τ]が、下記の式(5)で与えられるものとする。

Figure 0006469317
Next, of the digital reception signal S r [η, τ], a reference signal S ref [τ] used for range compression of S r [τ], which is a signal in the range direction, is given by the following equation (5). Shall.
Figure 0006469317

レンジ方向の信号S[τ]と参照信号Sref[τ]の相関処理によるレンジ圧縮によって、レンジ圧縮後の信号Sout[τ]は、下記の式(6)のように表される。

Figure 0006469317
By range compression by correlation processing between the signal S r [τ] in the range direction and the reference signal S ref [τ], the signal S out [τ] after the range compression is expressed as the following Expression (6).
Figure 0006469317

レンジ圧縮後の信号Sout[τ]の導出では、プラットフォームの移動を考慮しない場合のパルス往復時間をτとしており、式(6)におけるsinc[・] は、下記の式(7)で定義されるsinc関数を意味する。

Figure 0006469317
In the derivation of the signal S out [τ] after range compression, the pulse round-trip time when the movement of the platform is not considered is τ 0, and sinc [•] in the equation (6) is defined by the following equation (7): Sinc function.
Figure 0006469317

式(6)より、相関出力におけるピーク位置τpeak[η]は、下記の式(8)のように表される。したがって、相関出力におけるピーク位置τpeak[η]は、プラットフォームの移動を考慮しない場合のピーク位置と比べて、f(η)/K[η]だけ、位置がずれることになる。

Figure 0006469317
式(8)において、f(η)はドップラー周波数である。From the equation (6), the peak position τ peak [η] in the correlation output is expressed as the following equation (8). Accordingly, the position of the peak position τ peak [η] in the correlation output is shifted by f d (η) / K r [η] compared to the peak position when the movement of the platform is not considered.
Figure 0006469317
In equation (8), f d (η) is the Doppler frequency.

式(8)からも分かるように、結像位置の位置ずれは、チャープレートK[η]とドップラー周波数f(η)に依存しており、チャープレートK[η]が小さい場合や、ドップラー周波数f(η)が大きい場合に、位置ずれ量が大きくなる。
式(8)に示している結像位置の位置ずれf(η)/K[η]は、観測中の各アジマス時刻ηにおける点目標100のドップラー周波数f(η)と、アジマス時刻ηのチャープレートK[η]から補正量を算出することで、解消することが可能である。
チャープレートK[η]については、励振部11がチャープ信号を生成する際に、制御器21から与えられるものであるため、既知の情報として扱うことが可能である。
一方、ドップラー周波数f(η)については、点目標100の位置が未知であることから、ビーム幅分の不定性を含んでおり、一般的には未知数である。このため、受信データから推定する必要がある。
ドップラー周波数f(η)の推定は、レーダセンサ1のデータ記録部16から出力されるデジタル受信信号S[η,τ]をフーリエ変換処理することで、推定することが可能である。
As can be seen from the equation (8), the positional deviation of the imaging position depends on the char plate K r [η] and the Doppler frequency f d (η), and when the char plate K r [η] is small, When the Doppler frequency f d (η) is large, the positional deviation amount becomes large.
The positional deviation f d (η) / K r [η] of the imaging position shown in Expression (8) is the Doppler frequency f d (η) of the point target 100 at each azimuth time η being observed and the azimuth time. This can be eliminated by calculating the correction amount from the char plate K r [η] of η.
Since the chirp plate K r [η] is given from the controller 21 when the excitation unit 11 generates a chirp signal, it can be handled as known information.
On the other hand, since the position of the point target 100 is unknown, the Doppler frequency f d (η) includes indefiniteness corresponding to the beam width and is generally an unknown number. For this reason, it is necessary to estimate from the received data.
The Doppler frequency f d (η) can be estimated by subjecting the digital reception signal S r [η, τ] output from the data recording unit 16 of the radar sensor 1 to Fourier transform processing.

ここで、以下の非特許文献1には、チャープレートが固定である条件の下で、アジマス周波数空間とレンジ周波数空間からなる2次元周波数空間上で結像位置の位置ずれを補正する手法が示されている。
[非特許文献1]Pau Prats-Iraolaet al. “On the processing of very high-resolution space-borne SAR data,” IEEE Trans. Geosci. Remote Sens. vol. 52, no. 10, pp. 6003-6016, Oct. 2014.
しかし、アップチャープとダウンチャープが交互に切り替えられるアップダウン変調の受信信号には、同一のアジマス周波数に、アップ変調の信号とダウン変調の信号が混在してしまうため、非特許文献1に開示されている手法では、チャープレートK[η]が決まらず、補正量を算出することができない。
Here, the following Non-Patent Document 1 shows a method for correcting the positional deviation of the imaging position in a two-dimensional frequency space composed of an azimuth frequency space and a range frequency space under the condition that the chirp plate is fixed. Has been.
[Non-Patent Document 1] Pau Prats-Iraola et al. “On the processing of very high-resolution space-borne SAR data,” IEEE Trans. Geosci. Remote Sens. Vol. 52, no. 10, pp. 6003-6016, Oct. 2014.
However, an up-down modulation received signal in which up-chirp and down-chirp are switched alternately contains an up-modulation signal and a down-modulation signal at the same azimuth frequency, and is therefore disclosed in Non-Patent Document 1. In this method, the char plate K r [η] is not determined and the correction amount cannot be calculated.

そこで、この実施の形態1では、パルス間変調として使用するチャープレートK [η](n=1,2,・・・,N)毎に、受信データにおける結像位置の位置ずれを補正し、各々のチャープレートK [η]で補正された受信データを合成することで、チャープレートが異なる観測についても対応できるようにしている。Therefore, in the first embodiment, the chirp K r n [η] be used as inter-pulse modulation (n = 1,2, ···, N ) each, correcting the positional deviation of the imaging position in the received data and, by combining the received data corrected in each chirp K r n [η], chirp is to accommodate even for different observations.

式(1)のデジタル受信信号S[η,τ]を2次元周波数空間に変換した信号をS(fτ,fη)とすると、このS(fτ,fη)のアジマス周波数成分には、パルス間変調で使用したチャープレートK [η]の信号が混在している。fτはレンジ周波数、fηはアジマス周波数である。
(fτ,fη)のアジマス周波数成分に混在しているチャープレートK [η]の信号は、チャープレートK[η]とドップラー周波数f(η)に依存しているため、下記の式(9)に示すように、チャープレートK 毎に、結像位置の位置ずれを補正するための補正係数C(fτ,fη)(n=1,2,・・・,N)を算出することができる。式(9)におけるチャープレートK は、K[η]に対応している。

Figure 0006469317
この補正係数C(fτ,fη)(n=1,2,・・・,N)を2次元周波数空間上に変換した信号S(fτ,fη)に乗算することで、各々のチャープレートK に対応する結像位置の位置ずれが補正された信号S (fτ,fη)(n=1,2,・・・,N)が得られる。この処理によりN個の補正された信号が得られる。Digital received signal S r [η, τ] of formula (1) a signal converted into two-dimensional frequency space S f (f τ, f η ) When, azimuth frequency of the S f (f τ, f η ) the component signal chirp K r n [η] used in inter-pulse modulation are mixed. f τ is the range frequency and f η is the azimuth frequency.
S f (f τ, f η ) signal chirp K r n [η] mixed in the azimuth frequency components is dependent chirp K r [eta] and the Doppler frequency f d (eta) Therefore, as shown in the following equation (9), for each chirp K r n, the correction coefficient for correcting the positional deviation of the imaging position C n (f τ, f η ) (n = 1,2, .., N) can be calculated. The char plate K r n in the equation (9) corresponds to K r [η].
Figure 0006469317
By multiplying the correction coefficient C n (f τ , f η ) (n = 1, 2,..., N) by the signal S f (f τ , f η ) converted into the two-dimensional frequency space, each chirp K r signal positional deviation of the imaging position is corrected corresponding to n S f n (f τ, f η) (n = 1,2, ···, n) is obtained. By this process, N corrected signals are obtained.

各々の補正後の信号S (fτ,fη)(n=1,2,・・・,N)は、チャープレートK に対応する信号の補正はなされているが、他のチャープレートに対応する信号については補正がなされていないため、各々の補正後の信号から、チャープレートK に対応する信号抽出する必要がある。
このため、各々の補正後の信号S (fτ,fη)(n=1,2,・・・,N)をそれぞれ時間領域の信号に変換することで、N個の時間領域の補正信号Scmp (τ,η)(n=1,2,・・・,N)を得る。
Signal after each of the corrected S f n (f τ, f η) (n = 1,2, ···, N) is the correction has been made of the signals corresponding to the chirp K r n, other since the signal corresponding to the chirp compensation is not performed, from each of the corrected signal, it is necessary to signal extracting corresponding to the chirp K r n.
Therefore, each of the corrected signals S f n (f τ , f η ) (n = 1, 2,..., N) is converted into a time domain signal, so that N time domain signals are obtained. A correction signal S cmp n (τ, η) (n = 1, 2,..., N) is obtained.

図7はレーダセンサ1と点目標間100の距離Rの変化を示す説明図である。
図7では、チャープレートがアップチャープである場合のチャープ信号が放射される場合と、チャープレートがダウンチャープである場合のチャープ信号が放射される場合とを想定している。
図7AはアップチャープのチャープレートK に対応する信号が補正されている例を示し、図7BはダウンチャープのチャープレートK に対応する信号が補正されている例を示している。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing changes in the distance R between the radar sensor 1 and the point target 100.
In FIG. 7, it is assumed that a chirp signal is emitted when the chirp plate is up-chirp and a chirp signal is emitted when the chirp plate is down-chirp.
FIG. 7A shows an example in which the signal corresponding to the chirp plate K r 1 of the up chirp is corrected, and FIG. 7B shows an example in which the signal corresponding to the chirp plate K r 2 of the down chirp is corrected.

結像位置の位置ずれが補正されていない場合、図13に示すように、レンジ圧縮後の受信信号が示す距離Rはレンジ方向にシフトする。このため、距離Rのピーク位置が●の位置にシフトしているが、アップチャープのチャープレートK に対応する信号が補正された場合、図7Aに示すように、アップチャープのチャープレートK に対応する信号については、距離Rの位置にピークが現れている。
ただし、アップチャープのチャープレートK に対応する信号が補正されても、ダウンチャープのチャープレートK に対応する信号については適正な補正量ではないため、図7Aに示すように、結像位置の位置ずれが解消されていない。
一方、ダウンチャープのチャープレートK に対応する信号が補正された場合、図7Bに示すように、ダウンチャープのチャープレートK に対応する信号については、距離Rの位置にピークが現れている。
ただし、ダウンチャープのチャープレートK に対応する信号が補正されても、アップチャープのチャープレートK に対応する信号については適正な補正量ではないため、図7Bに示すように、結像位置の位置ずれが解消されていない。
When the image position misalignment is not corrected, the distance R indicated by the received signal after range compression shifts in the range direction, as shown in FIG. Therefore, although the peak position of the distance R is shifted to the position of ●, when the signal corresponding to the up-chirp chirp plate K r 1 is corrected, as shown in FIG. 7A, the up-chirp chirp plate K the signal corresponding to r 1, peaks appear at a distance R.
However, even if the signal corresponding to the chirp plate K r 1 of the up chirp is corrected, the signal corresponding to the chirp plate K r 2 of the down chirp is not an appropriate correction amount, and as shown in FIG. Image position misalignment has not been eliminated.
On the other hand, when the signal corresponding to the chirp plate K r 2 for the down chirp is corrected, a peak appears at the position of the distance R for the signal corresponding to the chirp plate K r 2 for the down chirp as shown in FIG. 7B. ing.
However, even if the signal corresponding to the chirp plate K r 2 for the down chirp is corrected, the signal corresponding to the chirp plate K r 1 for the up chirp is not an appropriate correction amount. Image position misalignment has not been eliminated.

N個の時間領域の補正信号Scmp (τ,η)(n=1,2,・・・,N)では、アジマス周波数空間で混在しているN個のチャープレートK (n=1,2,・・・,N)に対応する信号を分離することが可能であるため、N個の時間領域の補正信号Scmp (τ,η)から、チャープレートK に対応する信号をそれぞれ抽出する。
即ち、時間領域の補正信号Scmp (τ,η)からはチャープレートK に対応する信号を抽出し、時間領域の補正信号Scmp (τ,η)からはチャープレートK に対応する信号を抽出し、また、時間領域の補正信号Scmp (τ,η)からはチャープレートK に対応する信号を抽出する。アジマス時刻ηで用いているチャープ信号のチャープレートは、制御器21が制御しているため、時間領域では既知である。
最後に、N個の時間領域の補正信号Scmp (τ,η)からそれぞれ抽出されたN個のチャープレートK に対応する信号を結合することで、全てのアジマス時刻ηにおいて、結像位置の位置ずれが解消されている信号を得ることができる。
以上が結像位置の位置ずれに関する補正処理の原理である。
Correction signal N time-domain S cmp n (τ, η) (n = 1,2, ···, N) in, the N chirp are mixed in azimuth frequency space K r n (n = 1, 2, since it is possible to separate a signal corresponding to n), a correction signal S cmp n of n time-domain (tau, eta), corresponding to the chirp K r n Each signal is extracted.
That is, the correction signal S cmp 1 in the time domain (tau, eta) from extracts a signal corresponding to the chirp K r 1, the correction signal S cmp 2 in the time domain (tau, eta) char from the plate K r 2 And a signal corresponding to the chirp plate K r N is extracted from the correction signal S cmp N (τ, η) in the time domain. Since the chirp signal of the chirp signal used at the azimuth time η is controlled by the controller 21, it is known in the time domain.
Finally, by combining the signals corresponding to the correction signal S cmp n (τ, η) N pieces of char from the extracted respective plate K r n of N time-domain in all azimuth time eta, sintered It is possible to obtain a signal in which the positional deviation of the image position is eliminated.
The above is the principle of the correction process related to the positional deviation of the imaging position.

次に動作について説明する。
信号処理部2の制御器21は、各々のアジマス時刻ηにおけるチャープレートを示す制御信号を励振部11及び信号処理器23に出力する。
この実施の形態1では、N個のチャープレートK (n=1,2,・・・,N)を使用するものとする。したがって、制御器21は、例えば、アジマス時刻η=1でチャープレートK を示す制御信号を励振部11に出力し、アジマス時刻η=2でチャープレートK を示す制御信号を励振部11に出力し、アジマス時刻η=NでチャープレートK を示す制御信号を励振部11に出力する。
Next, the operation will be described.
The controller 21 of the signal processing unit 2 outputs a control signal indicating the char plate at each azimuth time η to the excitation unit 11 and the signal processor 23.
In the first embodiment, it is assumed that the use of N chirp K r n (n = 1,2, ···, N) a. Accordingly, the controller 21, for example, outputs a control signal in the azimuth time eta = 1 illustrates a chirp K r 1 to the excitation unit 11, a control signal in the azimuth time eta = 2 shows a chirp K r 2 exciter 11 and outputs a control signal indicating the chirp plate K r N to the excitation unit 11 at the azimuth time η = N.

励振部11は、制御器21から制御信号を受ける毎に、その制御信号が示すチャープレートK のチャープ信号を生成し、そのチャープ信号を増幅部12に出力する。
増幅部12は、励振部11からチャープ信号を受けると、そのチャープ信号の信号レベルを所望の信号レベルまで増幅し、増幅後のチャープ信号を送受切換器13に出力する。
送受切換器13は、増幅部12からチャープ信号を受けると、そのチャープ信号を送受信アンテナ14に出力する。
これにより、送受信アンテナ14からチャープ信号が空間に放射される。送受信アンテナ14から空間に放射されたチャープ信号は、例えば飛行機や地表面などの散乱体に照射されて散乱する。散乱体に散乱されたチャープ信号の一部は、チャープ信号の反射波として送受信アンテナ14に戻ってくる。
送受信アンテナ14は、散乱体に散乱されて戻ってきたチャープ信号の反射波を受信し、その反射波の信号であるRF信号を送受切換器13に出力する。
Exciter 11, each receiving a control signal from the controller 21 to generate a chirp signal chirp K r n indicated by the control signal, and outputs the chirp signal to the amplifier 12.
Upon receiving the chirp signal from the excitation unit 11, the amplifying unit 12 amplifies the signal level of the chirp signal to a desired signal level and outputs the amplified chirp signal to the transmission / reception switch 13.
When the transmission / reception switch 13 receives the chirp signal from the amplifying unit 12, it outputs the chirp signal to the transmission / reception antenna 14.
Thereby, a chirp signal is radiated | emitted to space from the transmission / reception antenna 14. FIG. The chirp signal radiated to the space from the transmitting / receiving antenna 14 is irradiated and scattered on a scatterer such as an airplane or the ground surface. A part of the chirp signal scattered by the scatterer returns to the transmitting / receiving antenna 14 as a reflected wave of the chirp signal.
The transmitting / receiving antenna 14 receives the reflected wave of the chirp signal returned by being scattered by the scatterer, and outputs an RF signal, which is a signal of the reflected wave, to the transmission / reception switch 13.

送受切換器13は、送受信アンテナ14からRF信号を受けると、そのRF信号を受信部15に出力する。
受信部15は、送受切換器13からRF信号を受けると、そのRF信号の受信処理を実施し、その受信したRF信号をベースバンド信号に変換して、そのベースバンド信号をデータ記録部16に出力する。
データ記録部16のA/D変換器16aは、所定のサンプリングレート毎に、受信部15から出力されたベースバンド信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する。
データ記録部16は、A/D変換器16aにより変換されたデジタル信号である式(1)のデジタル受信信号S[η,τ]を信号処理部2の記憶装置22に記録する。
運動計測部17は、レーダセンサ1が搭載されているプラットフォームの運動情報として、例えば、プラットフォームの位置、速度、姿勢を計測し、その運動情報を信号処理部2の記憶装置22に記録する。この運動情報は、後述する実施の形態3で利用される。
When the transmission / reception switch 13 receives the RF signal from the transmission / reception antenna 14, the transmission / reception switch 13 outputs the RF signal to the reception unit 15.
When receiving the RF signal from the duplexer 13, the receiving unit 15 performs reception processing of the RF signal, converts the received RF signal into a baseband signal, and converts the baseband signal to the data recording unit 16. Output.
The A / D converter 16a of the data recording unit 16 converts the baseband signal output from the receiving unit 15 from an analog signal to a digital signal at every predetermined sampling rate.
The data recording unit 16 records the digital reception signal S r [η, τ] of Expression (1), which is a digital signal converted by the A / D converter 16 a, in the storage device 22 of the signal processing unit 2.
The motion measuring unit 17 measures, for example, the platform position, speed, and posture as the motion information of the platform on which the radar sensor 1 is mounted, and records the motion information in the storage device 22 of the signal processing unit 2. This exercise information is used in Embodiment 3 to be described later.

信号処理器23は、制御器21から出力された制御信号が示すチャープレートK を参照して、記憶装置22に記憶されているデジタル受信信号S[η,τ]に対応しているチャープ信号のチャープレートK を認識する。
信号処理器23は、記憶装置22に記憶されているデジタル受信信号S[η,τ]に対応しているチャープ信号のチャープレートK を認識すると、そのチャープレートK に基づいてデジタル受信信号S[η,τ]における結像位置の位置ずれを補正し、位置ずれ補正後の受信信号からSAR画像を再生する。
以下、信号処理器23の処理内容を具体的に説明する。
Signal processor 23 refers to the chirp K r n which control signal indicates output from the controller 21, the digital reception signal stored in the storage device 22 S r [η, τ] correspond to It recognizes the chirp rate K r n of the chirp signal.
When the signal processor 23 recognizes the chirp signal K r n of the chirp signal corresponding to the digital received signal S r [η, τ] stored in the storage device 22, the signal processor 23 based on the chirp plate K r n. The position shift of the imaging position in the digital reception signal S r [η, τ] is corrected, and the SAR image is reproduced from the reception signal after the position shift correction.
Hereinafter, the processing content of the signal processor 23 will be specifically described.

周波数領域変換部31は、記憶装置22に記憶されているデジタル受信信号S[η,τ]を2次元周波数空間上の信号である受信データS(fτ,fη)に変換し、その受信データS(fτ,fη)を位置ずれ補正部34に出力する。
即ち、周波数領域変換部31のアジマスフーリエ変換部32は、記憶装置22に記憶されているデジタル受信信号S[η,τ]を取得して、そのデジタル受信信号S[η,τ]をアジマス方向にフーリエ変換し、フーリエ変換後の受信データをレンジフーリエ変換部33に出力する(図5のステップST1)。
周波数領域変換部31のレンジフーリエ変換部33は、アジマスフーリエ変換部32からフーリエ変換後の受信データを受けると、その受信データをレンジ方向にフーリエ変換し、フーリエ変換後の受信データS(fτ,fη)を位置ずれ補正部34に出力する(図5のステップST2)。
The frequency domain conversion unit 31 converts the digital reception signal S r [η, τ] stored in the storage device 22 into reception data S f (f τ , f η ) that is a signal in a two-dimensional frequency space, The received data S f (f τ , f η ) is output to the misalignment correction unit 34.
That is, the azimuth Fourier transform unit 32 of the frequency domain converter 31, the digital reception signal S r [η, τ] stored in the storage device 22 acquires the, the digital reception signal S r [η, τ] and The Fourier transform is performed in the azimuth direction, and the received data after the Fourier transform is output to the range Fourier transform unit 33 (step ST1 in FIG. 5).
When receiving the received data after the Fourier transform from the azimuth Fourier transform unit 32, the range Fourier transform unit 33 of the frequency domain transform unit 31 performs a Fourier transform on the received data in the range direction, and the received data S f (f after the Fourier transform) (τ 1 , f η ) is output to the misalignment correction unit 34 (step ST2 in FIG. 5).

位置ずれ補正部34の補正係数算出部35−n(n=1,2,・・・,N)は、制御器21から出力された制御信号が示すチャープレートK (n=1,2,・・・,N)毎に、そのチャープレートK を上記の式(9)に代入することで、そのチャープレートK に対応する位置ずれの補正係数C(fτ,fη)を算出する(図5のステップST3)。
位置ずれ補正部34の補正係数乗算部36−n(n=1,2,・・・,N)は、補正係数算出部35−nが位置ずれの補正係数C(fτ,fη)を算出すると、その補正係数C(fτ,fη)をレンジフーリエ変換部33から出力された受信データS(fτ,fη)に乗算することで、その受信データS(fτ,fη)における結像位置の位置ずれを補正し、位置ずれ補正後の信号S (fτ,fη)(n=1,2,・・・,N)を時間領域変換部37に出力する(図5のステップST4)。
即ち、補正係数乗算部36−1は、補正係数C(fτ,fη)を受信データS(fτ,fη)に乗算することで、位置ずれ補正後の信号S (fτ,fη)をレンジ逆フーリエ変換部38−1に出力し、補正係数乗算部36−2は、補正係数C(fτ,fη)を受信データS(fτ,fη)に乗算することで、位置ずれ補正後の信号S (fτ,fη)をレンジ逆フーリエ変換部38−2に出力する。また、補正係数乗算部36−Nは、補正係数C(fτ,fη)を受信データS(fτ,fη)に乗算することで、位置ずれ補正後の信号S (fτ,fη)をレンジ逆フーリエ変換部38−Nに出力する。
Positional deviation correcting unit 34 of the correction coefficient calculating unit 35-n (n = 1,2, ···, N) , the controller 21 char indicated by the output control signal from the plate K r n (n = 1,2 , ..., for each n), the chirp K r n by substituting the above equation (9), the correction coefficient C n (f tau positional deviation corresponding to the chirp K r n, f η ) is calculated (step ST3 in FIG. 5).
The correction coefficient multiplying unit 36-n (n = 1, 2,..., N) of the positional deviation correction unit 34 has a correction coefficient calculation unit 35-n that corrects the positional deviation correction coefficient C n (f τ , f η ). Is calculated by multiplying the received data S f (f τ , f η ) output from the range Fourier transform unit 33 by the correction coefficient C n (f τ , f η ), thereby obtaining the received data S f (f The position shift of the imaging position at τ , f η ) is corrected, and the signal S f n (f τ , f η ) (n = 1, 2,..., N) after the position shift correction is converted into a time domain converter. 37 (step ST4 in FIG. 5).
That is, the correction coefficient multiplication unit 36-1 multiplies the reception data S f (f τ , f η ) by the correction coefficient C 1 (f τ , f η ), thereby correcting the signal S f 1 ( f τ , f η ) is output to the range inverse Fourier transform unit 38-1, and the correction coefficient multiplication unit 36-2 converts the correction coefficient C 2 (f τ , f η ) into the received data S f (f τ , f η). ) To output the signal S f 2 (f τ , f η ) after the positional deviation correction to the range inverse Fourier transform unit 38-2. Further, the correction coefficient multiplication unit 36-N multiplies the reception data S f (f τ , f η ) by the correction coefficient C N (f τ , f η ), thereby correcting the signal S f N ( , ) are output to the range inverse Fourier transform unit 38-N.

時間領域変換部37は、位置ずれ補正部34の補正係数乗算部36−1〜36−Nから位置ずれ補正後の信号S (fτ,fη)〜S (fτ,fη)を受けると、位置ずれ補正後の信号S (fτ,fη)〜S (fτ,fη)を時間領域の信号に変換し、その変換した信号を時間領域の補正信号Scmp (τ,η)〜Scmp (τ,η)として抽出結合部40に出力する。
即ち、時間領域変換部37のレンジ逆フーリエ変換部38−n(n=1,2,・・・,N)は、補正係数乗算部36−nから出力された位置ずれ補正後の信号S (fτ,fη)をレンジ方向に逆フーリエ変換して、逆フーリエ変換後の信号をアジマス逆フーリエ変換部39−nに出力する(図5のステップST5)。
時間領域変換部37のアジマス逆フーリエ変換部39−n(n=1,2,・・・,N)は、レンジ逆フーリエ変換部38−nから逆フーリエ変換後の信号を受けると、逆フーリエ変換後の信号をアジマス方向に逆フーリエ変換して、逆フーリエ変換後の信号を時間領域の補正信号Scmp (τ,η)として抽出結合部40に出力する(図5のステップST6)。
The time domain conversion unit 37 receives signals S f 1 (f τ , f η ) to S f N (f τ , f after correction of the position shift from the correction coefficient multiplication units 36-1 to 36 -N of the position shift correction unit 34. η ), the signals S f 1 (f τ , f η ) to S f N (f τ , f η ) after positional deviation correction are converted into time domain signals, and the converted signals are converted into time domain signals. The correction signals S cmp 1 (τ, η) to S cmp N (τ, η) are output to the extraction coupling unit 40.
That is, the range inverse Fourier transform unit 38-n (n = 1, 2,..., N) of the time domain transform unit 37 outputs the signal S f after the positional deviation correction output from the correction coefficient multiplication unit 36-n. N (f τ , f η ) is subjected to inverse Fourier transform in the range direction, and the signal after inverse Fourier transform is output to the azimuth inverse Fourier transform unit 39-n (step ST5 in FIG. 5).
When the azimuth inverse Fourier transform unit 39-n (n = 1, 2,..., N) of the time domain transform unit 37 receives the signal after the inverse Fourier transform from the range inverse Fourier transform unit 38-n, the inverse Fourier transform is performed. the signal after the conversion and inverse Fourier transform in the azimuthal direction, inverse Fourier correction signal converted signal time domain of S cmp n (τ, η) and outputs the extracted coupling section 40 as (step ST6 in FIG. 5).

抽出結合部40は、制御器21から出力された制御信号が示すチャープレートK を参照して、時間領域変換部37のアジマス逆フーリエ変換部39−1〜39−Nから出力された時間領域の補正信号Scmp (τ,η)〜Scmp (τ,η)に対応しているチャープ信号のチャープレートK を認識する。
抽出結合部40は、時間領域の補正信号Scmp (τ,η)〜Scmp (τ,η)に対応しているチャープ信号のチャープレートK を認識すると、時間領域の補正信号Scmp (τ,η)〜Scmp (τ,η)から、チャープ信号のチャープレートK に対応する信号をそれぞれ抽出する(図5のステップST7)。
即ち、抽出結合部40は、時間領域の補正信号Scmp (τ,η)からチャープレートK に対応する信号を抽出し、時間領域の補正信号Scmp (τ,η)からチャープレートK に対応する信号を抽出し、時間領域の補正信号Scmp (τ,η)からチャープレートK に対応する信号を抽出する。
そして、抽出結合部40は、チャープ信号のチャープレートK 〜K に対応する信号を抽出すると、チャープレートK 〜K に対応する信号を結合することで、全てのアジマス時刻ηにおいて、結像位置の位置ずれが解消されている信号を得る(図5のステップST8)。
Extracting coupling unit 40, with reference to chirp K r n indicated by the output control signal from the controller 21, the time output from the azimuth inverse Fourier transform unit 39-1~39-N time-domain converter 37 correction signal S cmp 1 region (τ, η) ~S cmp n (τ, η) recognizes chirp K r n of the chirp signal corresponds to.
Extracting coupling unit 40, the correction signal S cmp 1 (τ, η) in the time domain ~S cmp N (τ, η) recognizes the chirp K r n of chirp signals corresponding to the correction signal in the time domain S cmp 1 (τ, η) ~S cmp n (τ, η) from extracts a signal corresponding to the chirp K r n of chirp signals, respectively (step ST7 in FIG. 5).
That is, the extraction and coupling unit 40 extracts a signal corresponding to the chirp plate K r 1 from the time domain correction signal S cmp 1 (τ, η), and then extracts the char from the time domain correction signal S cmp 2 (τ, η). A signal corresponding to the plate K r 2 is extracted, and a signal corresponding to the char plate K r N is extracted from the correction signal S cmp N (τ, η) in the time domain.
Then, when the extraction and coupling unit 40 extracts signals corresponding to the chirp signals K r 1 to K r N , the extraction and coupling unit 40 combines all the azimuths by combining the signals corresponding to the chirp plates K r 1 to K r N. At time η, a signal in which the displacement of the imaging position is eliminated is obtained (step ST8 in FIG. 5).

画像再生部41は、抽出結合部40から結像位置の位置ずれが解消されている信号を受けると、その信号に対してレンジ圧縮やアジマス圧縮などの公知の画像再生処理を実施することで、SAR画像を再生する(図5のステップST9)。
表示器24は、信号処理器23の画像再生部41により再生されたSAR画像をディスプレイに表示する。
また、画像再生部41により再生されたSAR画像は記憶装置22に記録される。
When the image reproduction unit 41 receives a signal from which the position shift of the imaging position has been eliminated from the extraction and coupling unit 40, the image reproduction unit 41 performs a known image reproduction process such as range compression or azimuth compression on the signal, The SAR image is reproduced (step ST9 in FIG. 5).
The display 24 displays the SAR image reproduced by the image reproduction unit 41 of the signal processor 23 on the display.
Further, the SAR image reproduced by the image reproduction unit 41 is recorded in the storage device 22.

以上で明らかなように、この実施の形態1によれば、信号処理部2が、反射波の受信信号を周波数空間上の受信データに変換し、チャープ信号における周波数の変化率毎に、周波数空間上の受信データにおける結像位置の位置ずれを補正してから受信データを時間領域の信号に戻し、各々の変化率における時間領域の信号を結合するように構成したので、アロングトラック方向の偽像がない合成開口レーダ画像を再生することができる効果を奏する。   As is apparent from the above, according to the first embodiment, the signal processing unit 2 converts the reception signal of the reflected wave into reception data on the frequency space, and for each frequency change rate in the chirp signal, the frequency space After correcting the misalignment of the imaging position in the received data above, the received data is returned to the time domain signal, and the time domain signal at each change rate is combined, so the false image in the along track direction There is an effect that it is possible to reproduce a synthetic aperture radar image having no image.

この実施の形態1では、2次元周波数空間上で複素関数の補正値である補正係数C(fτ,fη)を乗算することで、結像位置の位置ずれを補償しているため、観測範囲内の点に対して一度に補正することが可能である。このため、既存の合成開口レーダ処理に対する組み込みが容易である。また、演算負荷をほとんど増やすことなく、アジマスアンビギュイティの発生を防ぐことができる。
また、この実施の形態1では、パルス間変調によるアジマス時刻毎のレンジチャープレートの切り換えに対処することができる。
In the first embodiment, the displacement of the imaging position is compensated by multiplying the correction coefficient C n (f τ , f η ), which is the correction value of the complex function, in the two-dimensional frequency space. It is possible to correct the points within the observation range at once. For this reason, it is easy to incorporate into existing synthetic aperture radar processing. In addition, the occurrence of azimuth ambiguity can be prevented without substantially increasing the computation load.
Further, in the first embodiment, it is possible to cope with switching of the range plate at each azimuth time due to inter-pulse modulation.

この実施の形態1では、画像再生部41が画像再生処理を実施する前に、位置ずれ補正部34が受信データS(fτ,fη)における結像位置の位置ずれを補正しているものを示しているが、画像再生部41が、周波数領域変換部31、位置ずれ補正部34、時間領域変換部37及び抽出結合部40の処理内容を実施する機能を備えることで、画像再生処理を実施する過程で、結像位置の位置ずれを補正するようにしてもよい。In the first embodiment, before the image reproduction unit 41 performs the image reproduction process, the positional deviation correction unit 34 corrects the positional deviation of the imaging position in the reception data S f (f τ , f η ). Although the image reproducing unit 41 has a function of executing the processing contents of the frequency domain converting unit 31, the positional deviation correcting unit 34, the time domain converting unit 37, and the extraction / combining unit 40, the image reproducing process is illustrated. In the process of performing the above, the displacement of the imaging position may be corrected.

実施の形態2.
上記実施の形態1では、周波数領域変換部31が、デジタル受信信号S[η,τ]を2次元周波数空間上の受信データS(fτ,fη)に変換し、位置ずれ補正部34が、チャープレートK に対応する位置ずれの補正係数C(fτ,fη)を2次元周波数空間上の受信データS(fτ,fη)に乗算することで、結像位置の位置ずれを補正するものを示したが、この実施の形態2では、デジタル受信信号S[η,τ]をアジマス方向にフーリエ変換し、フーリエ変換後の受信データにおける結像位置の位置ずれを補正するものについて説明する。
即ち、この実施の形態2では、レンジ方向にはフーリエ変換せずに、レンジ方向における結像位置の位置ずれを時間軸上で補正するものについて説明する。
Embodiment 2. FIG.
In the first embodiment, the frequency domain conversion unit 31 converts the digital reception signal S r [η, τ] into the reception data S f (f τ , f η ) in the two-dimensional frequency space, and the positional deviation correction unit. 34, the chirp K correction coefficient of the displacement corresponding to r n C n (f τ, f η) received data S on the 2-dimensional frequency space f (f τ, f η) is multiplied, the formation In the second embodiment, the digital position of the image position in the received data after the Fourier transform is obtained by Fourier transforming the digital received signal S r [η, τ] in the azimuth direction. What corrects misregistration will be described.
That is, in the second embodiment, a description will be given of correcting the positional deviation of the imaging position in the range direction on the time axis without performing Fourier transform in the range direction.

図8はこの発明の実施の形態2によるレーダ処理装置の信号処理器23を示す構成図であり、図9はこの発明の実施の形態2によるレーダ処理装置における信号処理器23のハードウェア構成図である。
図8及び図9において、図2及び図3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。
この実施の形態2では、周波数領域変換部31がアジマスフーリエ変換部32を備えているが、レンジフーリエ変換部33を備えていない。
また、時間領域変換部37がアジマス逆フーリエ変換部39−n(n=1,2,・・・,N)を備えているが、レンジ逆フーリエ変換部38−nを備えていない。
FIG. 8 is a block diagram showing a signal processor 23 of a radar processing apparatus according to Embodiment 2 of the present invention, and FIG. 9 is a hardware block diagram of the signal processor 23 in the radar processing apparatus according to Embodiment 2 of the present invention. It is.
8 and 9, the same reference numerals as those in FIGS. 2 and 3 indicate the same or corresponding parts, and the description thereof will be omitted.
In the second embodiment, the frequency domain transform unit 31 includes the azimuth Fourier transform unit 32 but does not include the range Fourier transform unit 33.
In addition, the time domain transform unit 37 includes the azimuth inverse Fourier transform unit 39-n (n = 1, 2,..., N), but does not include the range inverse Fourier transform unit 38-n.

位置ずれ補正部42は例えば図9の位置ずれ補正回路58で実現されるものであり、チャープ信号のチャープレートK (n=1,2,・・・,N)毎に、当該チャープレートK に対応する位置ずれの補正係数C (fη)を算出し、その補正係数C (fη)をアジマスフーリエ変換部32から出力された受信データに乗算することで、その受信データにおける結像位置の位置ずれを補正する処理を実施する。
補正係数算出部43−n(n=1,2,・・・,N)はチャープレートK に対応する位置ずれの補正係数C (fη)を算出する処理を実施する。
補正係数乗算部44−n(n=1,2,・・・,N)は補正係数算出部43−nにより算出された補正係数C (fη)をアジマスフーリエ変換部32から出力された受信データに乗算することで、レンジ方向における結像位置の位置ずれを時間軸上で補正する処理を実施する。
図8では、補正係数算出部43−nがチャープレートK に対応する位置ずれの補正係数C (fη)を算出する例を示しているが、予め、チャープレートK に対応する位置ずれの補正係数C (fη)を保持しておくようにしてもよい。
Positional deviation correcting unit 42 is intended to be realized in the positional deviation correction circuit 58 of FIG. 9 for example, char chirp signal plate K r n (n = 1,2, ···, N) for each, the chirp K correction coefficient corresponding positional deviation r n C t n (f η ) was calculated, by multiplying the correction coefficient C t n a (f eta) in the received data output from the azimuth Fourier transform unit 32, A process for correcting the displacement of the imaging position in the received data is performed.
Correction coefficient calculating unit 43-n (n = 1,2, ···, N) carries out a process of calculating a correction coefficient of the displacement corresponding to the chirp K r n C t n (f η).
The correction coefficient multiplication unit 44-n (n = 1, 2,..., N) outputs the correction coefficient C t n (f η ) calculated by the correction coefficient calculation unit 43-n from the azimuth Fourier transform unit 32. By multiplying the received data, a process of correcting the positional deviation of the imaging position in the range direction on the time axis is performed.
In Figure 8, there is shown an example of calculating the correction coefficient misalignment correction coefficient calculating unit 43-n corresponding to the chirp K r n C t n (f η), previously, in the chirp K r n A corresponding misalignment correction coefficient C t n (f η ) may be held.

図8では、信号処理器23の構成要素であるアジマスフーリエ変換部32、位置ずれ補正部42、アジマス逆フーリエ変換部39−1〜39−N、抽出結合部40及び画像再生部41のそれぞれが、図9に示すような専用のハードウェア、即ち、アジマスフーリエ変換回路51、位置ずれ補正回路58、アジマス逆フーリエ変換回路55、抽出結合回路56及び画像再生回路57で実現されるものを想定している。
ただし、信号処理器23の構成要素が専用のハードウェアで実現されるものに限るものではなく、信号処理器23がソフトウェア、ファームウェア、または、ソフトウェアとファームウェアとの組み合わせで実現されるものであってもよい。
信号処理器23がソフトウェアやファームウェアなどで実現される場合、アジマスフーリエ変換部32、位置ずれ補正部42、アジマス逆フーリエ変換部39−1〜39−N 、抽出結合部40及び画像再生部41の処理手順をコンピュータに実行させるためのプログラムを図4に示すメモリ71に格納し、コンピュータのプロセッサ72がメモリ71に格納されているプログラムを実行するようにすればよい。
In FIG. 8, each of the azimuth Fourier transform unit 32, the positional deviation correction unit 42, the azimuth inverse Fourier transform units 39-1 to 39-N, the extraction / combining unit 40, and the image reproduction unit 41, which are components of the signal processor 23. 9, it is assumed that dedicated hardware as shown in FIG. 9, that is, what is realized by the azimuth Fourier transform circuit 51, the positional deviation correction circuit 58, the azimuth inverse Fourier transform circuit 55, the extraction / coupling circuit 56, and the image reproduction circuit 57. ing.
However, the components of the signal processor 23 are not limited to those realized by dedicated hardware, and the signal processor 23 is realized by software, firmware, or a combination of software and firmware. Also good.
When the signal processor 23 is realized by software, firmware, or the like, the azimuth Fourier transform unit 32, the positional deviation correction unit 42, the azimuth inverse Fourier transform units 39-1 to 39-N, the extraction / combining unit 40, and the image reproduction unit 41 A program for causing the computer to execute the processing procedure may be stored in the memory 71 shown in FIG. 4, and the processor 72 of the computer may execute the program stored in the memory 71.

次に動作について説明する。
周波数領域変換部31のアジマスフーリエ変換部32は、記憶装置22に記憶されているデジタル受信信号S[η,τ]を取得して、そのデジタル受信信号S[η,τ]をアジマス方向にフーリエ変換し、フーリエ変換後の受信データを位置ずれ補正部42に出力する。
Next, the operation will be described.
Azimuth Fourier transform unit 32 of the frequency domain converter 31, the digital reception signal S r [η, τ] stored in the storage device 22 acquires the azimuth direction and the digital reception signal S r [η, τ] And the received data after the Fourier transform is output to the misalignment correction unit 42.

位置ずれ補正部42の補正係数算出部43−n(n=1,2,・・・,N)は、下記の式(10)に示すように、制御器21から出力された制御信号が示すチャープレートK (n=1,2,・・・,N)毎に、チャープレートK に対応する位置ずれの補正係数C (fη)を算出し、その補正係数C (fη)を補正係数乗算部44−nに出力する。

Figure 0006469317
The correction coefficient calculation unit 43-n (n = 1, 2,..., N) of the positional deviation correction unit 42 is indicated by the control signal output from the controller 21 as shown in the following equation (10). chirp K r n (n = 1,2, ···, n) for each chirp rate K r correction coefficient of the displacement corresponding to n C t n (f η) is calculated, and the correction coefficient C t n (f η ) is output to the correction coefficient multiplier 44-n.
Figure 0006469317

位置ずれ補正部42の補正係数乗算部44−n(n=1,2,・・・,N)は、補正係数算出部43−nから補正係数C (fη)を受けると、その補正係数C (fη)をアジマスフーリエ変換部32から出力された受信データに乗算することで、レンジ方向における結像位置の位置ずれを時間軸上で補正し、位置ずれ補正後の信号を時間領域変換部37に出力する。
即ち、補正係数乗算部44−1は、補正係数C (fη)をアジマスフーリエ変換部32から出力された受信データに乗算することで、位置ずれ補正後の信号をアジマス逆フーリエ変換部39−1に出力し、補正係数乗算部44−2は、補正係数C (fη)をアジマスフーリエ変換部32から出力された受信データに乗算することで、位置ずれ補正後の信号をアジマス逆フーリエ変換部39−2に出力する。また、補正係数乗算部44−Nは、補正係数C (fη)をアジマスフーリエ変換部32から出力された受信データに乗算することで、位置ずれ補正後の信号をアジマス逆フーリエ変換部39−Nに出力する。
When the correction coefficient multiplication unit 44-n (n = 1, 2,..., N) of the positional deviation correction unit 42 receives the correction coefficient C t n (f η ) from the correction coefficient calculation unit 43-n, By multiplying the reception data output from the azimuth Fourier transform unit 32 by the correction coefficient C t n (f η ), the positional deviation of the imaging position in the range direction is corrected on the time axis, and the signal after the positional deviation correction is performed. Is output to the time domain conversion unit 37.
That is, the correction coefficient multiplication unit 44-1 multiplies the reception data output from the azimuth Fourier transform unit 32 by the correction coefficient C t 1 (f η ), and thereby the signal after the positional deviation correction is the azimuth inverse Fourier transform unit. The correction coefficient multiplication unit 44-2 multiplies the reception data output from the azimuth Fourier transform unit 32 by multiplying the reception data output from the azimuth Fourier transform unit 32 with the correction coefficient C t 2 (f η ). It outputs to the azimuth inverse Fourier transform part 39-2. Further, the correction coefficient multiplying unit 44-N multiplies the reception data output from the azimuth Fourier transform unit 32 by the correction coefficient C t N (f η ), so that the signal after positional deviation correction is the azimuth inverse Fourier transform unit. 39-N.

時間領域変換部37のアジマス逆フーリエ変換部39−n(n=1,2,・・・,N)は、補正係数乗算部44−nから出力された位置ずれ補正後の信号をアジマス方向に逆フーリエ変換して、逆フーリエ変換後の信号を時間領域の補正信号Scmp (τ,η)として抽出結合部40に出力する。The azimuth inverse Fourier transform unit 39-n (n = 1, 2,..., N) of the time domain transform unit 37 outputs the signal after the positional deviation correction output from the correction coefficient multiplication unit 44-n in the azimuth direction. and inverse Fourier transform, and outputs the extracted coupling section 40 as the correction signal S cmp n of the signal after inverse Fourier transform the time domain (τ, η).

以上で明らかなように、この実施の形態2によれば、信号処理部2が、反射波の受信信号を周波数空間上の受信データに変換し、チャープ信号における周波数の変化率毎に、周波数空間上の受信データにおける結像位置の位置ずれを補正してから受信データを時間領域の信号に戻し、各々の変化率における時間領域の信号を結合するように構成したので、アロングトラック方向の偽像がない合成開口レーダ画像を再生することができる効果を奏する。   As apparent from the above, according to the second embodiment, the signal processing unit 2 converts the reception signal of the reflected wave into reception data on the frequency space, and for each frequency change rate of the chirp signal, the frequency space After correcting the misalignment of the imaging position in the received data above, the received data is returned to the time domain signal, and the time domain signal at each change rate is combined, so the false image in the along track direction There is an effect that it is possible to reproduce a synthetic aperture radar image having no image.

また、この実施の形態2によれば、補正係数C (fη)をアジマスフーリエ変換部32から出力された受信データに乗算することで、レンジ方向における結像位置の位置ずれを時間軸上で補正するように構成したので、レンジフーリエ変換部33及びレンジ逆フーリエ変換部38−1〜38−Nを省略することが可能である。このため、上記実施の形態1よりも、演算負荷を軽減させることができるとともに、構成の簡略化を図ることができる。Further, according to the second embodiment, by multiplying the reception data output from the azimuth Fourier transform unit 32 by the correction coefficient C t n (f η ), the positional deviation of the imaging position in the range direction is time axis. Since it was comprised so that it may correct | amend above, it is possible to abbreviate | omit the range Fourier-transform part 33 and the range inverse Fourier-transform parts 38-1 to 38-N. Therefore, the calculation load can be reduced and the configuration can be simplified as compared with the first embodiment.

実施の形態3.
上記実施の形態1,2では、レーダセンサ1により観測されるドップラー帯域が観測時のパルス繰返し周波数(Pulse Repetition Frequency:PRF)以下であることを前提としている。
しかし、スポットライトモード、スライディングスポットライトモードやTOPSなどのように、ビーム走査を実施する観測方式では、観測領域内のドップラー周波数以上のPRFで観測することは、データ量の増大を招くため、一般的には瞬時的なドップラー帯域がPRF以下となる観測を行っている。
この実施の形態3では、レーダセンサ1がビーム走査を実施する観測方式を採用している場合の結像位置の位置ずれ補正について説明する。
Embodiment 3 FIG.
In the first and second embodiments, it is assumed that the Doppler band observed by the radar sensor 1 is equal to or lower than a pulse repetition frequency (PRF) at the time of observation.
However, in observation methods that perform beam scanning, such as spotlight mode, sliding spotlight mode, and TOPS, observing with a PRF above the Doppler frequency in the observation region leads to an increase in the amount of data. Specifically, the observation is made so that the instantaneous Doppler band is below the PRF.
In the third embodiment, a description will be given of the correction of the displacement of the imaging position when the radar sensor 1 employs an observation method in which beam scanning is performed.

図10はこの発明の実施の形態3によるレーダ処理装置の信号処理器23を示す構成図であり、図11はこの発明の実施の形態3によるレーダ処理装置における信号処理器23のハードウェア構成図である。
図10及び図11において、図2及び図3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。
ドップラー周波数演算部45は例えば図11に示すドップラー周波数演算回路59で実現されるものであり、記憶装置22に記憶されている運動情報が示すプラットフォームの位置、速度及び姿勢と、レーダセンサ1の送受信アンテナ14から放射されるチャープ信号の指向方向とから、レーダセンサ1の受信信号に含まれているドップラー周波数を算出する処理を実施する。
この実施の形態3では、レーダセンサ1の送受信アンテナ14から、指向方向を変えながらチャープ信号が放射されるものとする。
10 is a block diagram showing a signal processor 23 of a radar processor according to Embodiment 3 of the present invention, and FIG. 11 is a hardware block diagram of the signal processor 23 in the radar processor according to Embodiment 3 of the present invention. It is.
10 and 11, the same reference numerals as those in FIGS. 2 and 3 indicate the same or corresponding parts, and thus the description thereof is omitted.
The Doppler frequency calculation unit 45 is realized by, for example, the Doppler frequency calculation circuit 59 illustrated in FIG. 11, and the platform position, speed, and posture indicated by the motion information stored in the storage device 22, and transmission / reception of the radar sensor 1. A process of calculating the Doppler frequency included in the received signal of the radar sensor 1 from the directivity direction of the chirp signal radiated from the antenna 14 is performed.
In the third embodiment, it is assumed that a chirp signal is radiated from the transmission / reception antenna 14 of the radar sensor 1 while changing the directivity direction.

周波数シフト部46はヒット分割部47及びドップラーシフト部48を備えている。
ヒット分割部47は例えば図11に示すヒット分割回路60で実現されるものであり、記憶装置22に記憶されているデジタル受信信号S[η,τ]をヒット方向に分割する処理を実施する。
ドップラーシフト部48は例えば図11に示すドップラーシフト回路61で実現されるものであり、ヒット分割部47により分割された各受信信号のドップラー周波数をそれぞれシフトし、周波数シフト後の各受信信号を周波数領域変換部31にそれぞれ出力する処理を実施する。
The frequency shift unit 46 includes a hit division unit 47 and a Doppler shift unit 48.
The hit division unit 47 is realized by, for example, the hit division circuit 60 shown in FIG. 11, and performs a process of dividing the digital reception signal S r [η, τ] stored in the storage device 22 in the hit direction. .
The Doppler shift unit 48 is realized by, for example, the Doppler shift circuit 61 shown in FIG. 11, shifts the Doppler frequency of each reception signal divided by the hit division unit 47, and sets each reception signal after the frequency shift to a frequency. Processing to be output to the area conversion unit 31 is performed.

周波数復元部49はドップラーシフト戻し部49a及びヒット結合部49bを備えている。
ドップラーシフト戻し部49aは例えば図11に示すドップラーシフト戻し回路62で実現されるものであり、抽出結合部40により結合された各信号におけるドップラー周波数を、ドップラーシフト部48によるシフト前のドップラー周波数にそれぞれ戻す処理を実施する。
ヒット結合部49bは例えば図11に示すヒット結合回路63で実現されるものであり、ドップラーシフト戻し部49aによりドップラー周波数が元のドップラー周波数に戻された各信号をヒット方向に結合する処理を実施する。
図10の信号処理器23は、ドップラー周波数演算部45、周波数シフト部46及び周波数復元部49を上記実施の形態1における図2の信号処理器23に適用している例を示しているが、ドップラー周波数演算部45、周波数シフト部46及び周波数復元部49を上記実施の形態2における図8の信号処理器23に適用するようにしてもよい。
The frequency restoring unit 49 includes a Doppler shift returning unit 49a and a hit combining unit 49b.
The Doppler shift returning unit 49a is realized by, for example, the Doppler shift returning circuit 62 shown in FIG. 11, and the Doppler frequency in each signal combined by the extraction combining unit 40 is changed to the Doppler frequency before the shift by the Doppler shift unit 48. Perform the process of returning each.
The hit combining unit 49b is realized by, for example, the hit combining circuit 63 shown in FIG. 11, and performs a process of combining each signal whose Doppler frequency is returned to the original Doppler frequency by the Doppler shift returning unit 49a in the hit direction. To do.
The signal processor 23 of FIG. 10 shows an example in which the Doppler frequency calculation unit 45, the frequency shift unit 46, and the frequency restoration unit 49 are applied to the signal processor 23 of FIG. 2 in the first embodiment. You may make it apply the Doppler frequency calculating part 45, the frequency shift part 46, and the frequency restoration part 49 to the signal processor 23 of FIG. 8 in the said Embodiment 2. FIG.

図10では、信号処理器23の構成要素であるドップラー周波数演算部45、ヒット分割部47、ドップラーシフト部48、アジマスフーリエ変換部32、レンジフーリエ変換部33、位置ずれ補正部34、レンジ逆フーリエ変換部38−1〜38−N、アジマス逆フーリエ変換部39−1〜39−N、抽出結合部40、ドップラーシフト戻し部49a、ヒット結合部49b及び画像再生部41のそれぞれが、図11に示すような専用のハードウェア、即ち、ドップラー周波数演算回路59、ヒット分割回路60、ドップラーシフト回路61、アジマスフーリエ変換回路51、レンジフーリエ変換回路52、位置ずれ補正回路53、レンジ逆フーリエ変換回路54、アジマス逆フーリエ変換回路55、抽出結合回路56、ドップラーシフト戻し回路62、ヒット結合回路63及び画像再生回路57で実現されるものを想定している。   In FIG. 10, the Doppler frequency calculation unit 45, the hit division unit 47, the Doppler shift unit 48, the azimuth Fourier transform unit 32, the range Fourier transform unit 33, the position shift correction unit 34, and the range inverse Fourier which are components of the signal processor 23. The conversion units 38-1 to 38-N, the azimuth inverse Fourier transform units 39-1 to 39-N, the extraction combination unit 40, the Doppler shift return unit 49a, the hit combination unit 49b, and the image reproduction unit 41 are illustrated in FIG. Dedicated hardware as shown, that is, Doppler frequency calculation circuit 59, hit division circuit 60, Doppler shift circuit 61, azimuth Fourier transform circuit 51, range Fourier transform circuit 52, misalignment correction circuit 53, range inverse Fourier transform circuit 54 , Azimuth inverse Fourier transform circuit 55, extraction and coupling circuit 56, Doppler shift return Circuit 62, it is assumed that achieved by the hit combining circuit 63 and the image reproducing circuit 57.

ただし、信号処理器23の構成要素が専用のハードウェアで実現されるものに限るものではなく、信号処理器がソフトウェア、ファームウェア、または、ソフトウェアとファームウェアとの組み合わせで実現されるものであってもよい。
信号処理器23がソフトウェアやファームウェアなどで実現される場合、ドップラー周波数演算部45、ヒット分割部47、ドップラーシフト部48、アジマスフーリエ変換部32、レンジフーリエ変換部33、位置ずれ補正部34、レンジ逆フーリエ変換部38−1〜38−N、アジマス逆フーリエ変換部39−1〜39−N、抽出結合部40、ドップラーシフト戻し部49a、ヒット結合部49b及び画像再生部41の処理手順をコンピュータに実行させるためのプログラムを図4に示すメモリ71に格納し、コンピュータのプロセッサ72がメモリ71に格納されているプログラムを実行するようにすればよい。
However, the constituent elements of the signal processor 23 are not limited to those realized by dedicated hardware, and the signal processor may be realized by software, firmware, or a combination of software and firmware. Good.
When the signal processor 23 is realized by software, firmware, or the like, a Doppler frequency calculation unit 45, a hit division unit 47, a Doppler shift unit 48, an azimuth Fourier transform unit 32, a range Fourier transform unit 33, a positional deviation correction unit 34, a range Processing procedures of the inverse Fourier transform units 38-1 to 38-N, the azimuth inverse Fourier transform units 39-1 to 39-N, the extraction combining unit 40, the Doppler shift returning unit 49a, the hit combining unit 49b, and the image reproducing unit 41 are computerized. A program to be executed by the computer may be stored in the memory 71 shown in FIG. 4, and the processor 72 of the computer may execute the program stored in the memory 71.

次に動作について説明する。
ドップラー周波数演算部45、周波数シフト部46及び周波数復元部49以外は、上記実施の形態1,2と同様であるため、ここでは、ドップラー周波数演算部45、周波数シフト部46及び周波数復元部49の処理内容を説明する。
Next, the operation will be described.
Except for the Doppler frequency calculation unit 45, the frequency shift unit 46, and the frequency restoration unit 49, the configuration is the same as in the first and second embodiments. Therefore, here, the Doppler frequency calculation unit 45, the frequency shift unit 46, and the frequency restoration unit 49 Processing contents will be described.

ドップラー周波数演算部45は、記憶装置22に記憶されている運動情報が示すプラットフォームの位置、速度及び姿勢と、レーダセンサ1の送受信アンテナ14から放射されるチャープ信号の指向方向とから、レーダセンサ1の受信信号に含まれているドップラー周波数を算出する。ドップラー周波数の算出処理自体は公知の技術であるため詳細な説明を省略する。   The Doppler frequency calculation unit 45 calculates the radar sensor 1 based on the position, speed, and posture of the platform indicated by the motion information stored in the storage device 22 and the direction of the chirp signal emitted from the transmission / reception antenna 14 of the radar sensor 1. The Doppler frequency included in the received signal is calculated. Since the Doppler frequency calculation process itself is a known technique, a detailed description thereof will be omitted.

周波数シフト部46のヒット分割部47は、記憶装置22に記憶されているデジタル受信信号S[η,τ]を取得し、そのデジタル受信信号S[η,τ]に含まれているドップラー帯域がPRF以下となるように、そのデジタル受信信号S[η,τ]をヒット方向に分割する。即ち、そのデジタル受信信号S[η,τ]を複数のサブアパーチャに分割する。
ここで、図12はヒット分割部47によるデジタル受信信号S[η,τ]の分割処理を示す説明図である。
図12において、横軸のアジマス時刻ηは、アジマス方向の軸を表す時間(slow time)である。
ヒット分割部47は、デジタル受信信号S[η,τ]から破線で囲んでいる範囲の信号をサブアパーチャとして切り出すことで、デジタル受信信号S[η,τ]を分割している。
Hit dividing unit 47 of the frequency shift unit 46, storage unit 22 a digital received signal S r [η, τ] are stored in the acquired and Doppler its digital received signal S r [η, τ] are included in the The digital reception signal S r [η, τ] is divided in the hit direction so that the band is equal to or less than the PRF. That is, the digital received signal S r [η, τ] is divided into a plurality of sub-apertures.
Here, FIG. 12 is an explanatory diagram showing the division processing of the digital reception signal S r [η, τ] by the hit division unit 47.
In FIG. 12, the azimuth time η on the horizontal axis is a time (slow time) representing the axis in the azimuth direction.
Hit dividing unit 47, a digital received signal S r [η, τ] from a range of the signal that is surrounded by a broken line that cut out as sub-aperture, the digital reception signal S r [η, τ] divides the.

サブアパーチャで切り出す大きさは、例えば、以下の非特許文献2に開示されているように、デジタル受信信号S[η,τ]に含まれているドップラー帯域がPRF以下となる範囲である。
[非特許文献2]
J. Mittermayer, A. Moreira, O. Loffeld: “Spotlight SAR Data Processing Using the Frequency Scaling Algorithm,” IEEE Trans. on Geosc. and Remote Sensing, Vol. 37, No. 5, Sept. 1999, pp. 2198-2214.
The size cut out by the sub-aperture is, for example, in a range in which the Doppler band included in the digital reception signal S r [η, τ] is equal to or less than PRF as disclosed in Non-Patent Document 2 below.
[Non-Patent Document 2]
J. Mittermayer, A. Moreira, O. Loffeld: “Spotlight SAR Data Processing Using the Frequency Scaling Algorithm,” IEEE Trans. On Geosc. And Remote Sensing, Vol. 37, No. 5, Sept. 1999, pp. 2198- 2214.

ヒット分割部47により分割されたサブアパーチャの信号は、下記の式(11)のように表される。

Figure 0006469317
ただし、Nsubは各サブアパーチャにおけるアジマス方向の点数、Nspはサブアパーチャ数である。The sub-aperture signal divided by the hit division unit 47 is expressed by the following equation (11).
Figure 0006469317
Here, N sub is the number of points in the azimuth direction in each sub-aperture, and N sp is the number of sub-apertures.

図12の例では、各サブアパーチャの切り出し範囲が重複しないようにしているが、各サブアパーチャの切り出し範囲の一部が重複しているものであってもよい。
また、図12の例では、各サブアパーチャの大きさが均一になるように切り出されているが、切り出した後のドップラー帯域がPRF以下になればよく、各サブアパーチャの大きさが不均一に切り出されるものであってもよい。
In the example of FIG. 12, the cutout ranges of the sub-apertures are not overlapped, but the cutout ranges of the sub-apertures may partially overlap.
In the example of FIG. 12, each sub-aperture is cut out so that the size of each sub-aperture is uniform. However, the size of each sub-aperture is not uniform as long as the Doppler band after cutting is equal to or less than the PRF. It may be cut out.

ドップラーシフト部48は、下記の式(12)に示すように、ドップラー周波数演算部45により算出されたドップラー周波数の中心周波数fdc nsubから、ヒット分割部47により分割されたサブアパーチャの信号のシフトに用いるシフト係数Hnsub [nΔη]を算出する。

Figure 0006469317
The Doppler shift unit 48 shifts the signal of the sub-aperture divided by the hit division unit 47 from the center frequency f dc nsub of the Doppler frequency calculated by the Doppler frequency calculation unit 45 as shown in the following equation (12). The shift coefficient H nsub 0 [nΔη] used in the above is calculated.
Figure 0006469317

ドップラーシフト部48は、シフト係数Hnsub [nΔη]を算出すると、ヒット分割部47により分割されたサブアパーチャの信号Snsub(mΔτ,nΔη)に対して、シフト係数Hnsub [nΔη]を乗算することで、ドップラー周波数のシフトを行い、ドップラー周波数をシフトした信号をアジマスフーリエ変換部32に出力する。
これにより、アジマスフーリエ変換部32の出力信号に発生するドップラーの折り返しが解消される。
Doppler shift unit 48, calculating the shift factor H nsub 0 [nΔη], signal S nsub sub-apertures divided by the hit dividing unit 47 (mΔτ, nΔη) relative to the shift factor H nsub 0 [nΔη] By multiplying, the Doppler frequency is shifted, and a signal obtained by shifting the Doppler frequency is output to the azimuth Fourier transform unit 32.
Thereby, the Doppler aliasing generated in the output signal of the azimuth Fourier transform unit 32 is eliminated.

周波数復元部49のドップラーシフト戻し部49aは、抽出結合部40からチャープレートK 〜K に対応する信号が結合された信号(以下、「結合信号」と称する)を受けると、チャープレートK 〜K に対応する結合信号におけるドップラー周波数を、ドップラーシフト部48によるシフト前のドップラー周波数に戻す処理を実施する。
即ち、ドップラーシフト戻し部49aは、下記の式(13)に示すように、ドップラー周波数演算部45により算出されたドップラー周波数の中心周波数fdc nsubから、ドップラー周波数を戻すためのシフト係数Hnsub [nΔη]を算出する。

Figure 0006469317
When the Doppler shift returning unit 49a of the frequency restoring unit 49 receives a signal (hereinafter, referred to as “combined signal”) in which signals corresponding to the chirp plates K r 1 to K r N are combined from the extraction combining unit 40, Processing for returning the Doppler frequency in the combined signal corresponding to the plates K r 1 to K r N to the Doppler frequency before the shift by the Doppler shift unit 48 is performed.
In other words, the Doppler shift returning unit 49a shifts the shift coefficient H nsub 1 for returning the Doppler frequency from the center frequency f dc nsub of the Doppler frequency calculated by the Doppler frequency calculating unit 45, as shown in the following equation (13). [NΔη] is calculated.
Figure 0006469317

ドップラーシフト戻し部49aは、シフト係数Hnsub [nΔη]を算出すると、抽出結合部40から出力された各結合信号に対して、シフト係数Hnsub [nΔη]を乗算することで、各結合信号におけるドップラー周波数を、ドップラーシフト部48によるシフト前のドップラー周波数に戻すようにする。After calculating the shift coefficient H nsub 1 [nΔη], the Doppler shift return unit 49a multiplies each combined signal output from the extraction combining unit 40 by the shift coefficient H nsub 1 [nΔη], thereby The Doppler frequency in the signal is returned to the Doppler frequency before the shift by the Doppler shift unit 48.

周波数復元部49のヒット結合部49bは、ドップラーシフト戻し部49aによりドップラー周波数が元のドップラー周波数に戻された各結合信号をヒット方向に結合することで、ヒット分割部47により分割される前のデジタル受信信号を再現する。
即ち、ヒット結合部49bは、ドップラーシフト戻し部49aによりドップラー周波数が復元された各結合信号をサブアパーチャの信号として再配置することで、分割前のデジタル受信信号に相当するデジタル受信信号を再現する。
画像再生部41は、ヒット結合部49bにより再現されたデジタル受信信号からSAR画像を再生する。
また、画像再生部41により再生されたSAR画像は記憶装置22に記録される。
The hit combining unit 49b of the frequency restoring unit 49 combines the combined signals whose Doppler frequencies have been returned to the original Doppler frequency by the Doppler shift returning unit 49a in the hit direction, so that the hit combining unit 49b before the division by the hit dividing unit 47 is performed. Reproduce the digital received signal.
That is, the hit combining unit 49b reproduces the digital reception signal corresponding to the digital reception signal before the division by rearranging each combined signal whose Doppler frequency is restored by the Doppler shift return unit 49a as a sub-aperture signal. .
The image reproducing unit 41 reproduces the SAR image from the digital reception signal reproduced by the hit combining unit 49b.
Further, the SAR image reproduced by the image reproduction unit 41 is recorded in the storage device 22.

以上で明らかなように、この実施の形態3によれば、周波数シフト部46が、デジタル受信信号S[η,τ]をヒット方向に分割して、分割した各受信信号のドップラー周波数をそれぞれシフトし、周波数シフト後の各受信信号を周波数領域変換部31にそれぞれ出力するように構成したので、上記実施の形態1,2と同様に、アロングトラック方向の偽像がない合成開口レーダ画像を再生することができるほか、レーダセンサ1がビーム走査を実施する観測方式を採用している場合でも、結像位置の位置ずれを補正することができる効果を奏する。As apparent from the above, according to the third embodiment, the frequency shift unit 46 divides the digital reception signal S r [η, τ] in the hit direction, and sets the Doppler frequency of each of the divided reception signals. Since each received signal after shifting and frequency shifting is output to the frequency domain converter 31, as in the first and second embodiments, a synthetic aperture radar image without a false image in the along track direction is obtained. In addition to being able to reproduce, even when the radar sensor 1 employs an observation method for performing beam scanning, it is possible to correct the displacement of the imaging position.

この実施の形態3では、画像再生部41が画像再生処理を実施する前に、位置ずれ補正部34が受信データS(fτ,fη)における結像位置の位置ずれを補正しているものを示しているが、画像再生部41が、ドップラー周波数演算部45、周波数シフト部46、周波数領域変換部31、位置ずれ補正部34、時間領域変換部37、抽出結合部40及び周波数復元部49の処理内容を実施する機能を備えることで、画像再生処理を実施する過程で、結像位置の位置ずれを補正するようにしてもよい。In the third embodiment, before the image reproduction unit 41 performs the image reproduction process, the positional deviation correction unit 34 corrects the positional deviation of the imaging position in the reception data S f (f τ , f η ). Although shown, the image reproduction unit 41 includes a Doppler frequency calculation unit 45, a frequency shift unit 46, a frequency domain conversion unit 31, a positional deviation correction unit 34, a time domain conversion unit 37, an extraction combination unit 40, and a frequency restoration unit. By providing the function of executing the processing content of 49, the positional deviation of the imaging position may be corrected in the process of executing the image reproduction processing.

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. .

この発明は、チャープ信号の反射波を受信して、反射波の受信信号から合成開口レーダ画像を再生するレーダ処理装置に適している。   The present invention is suitable for a radar processing apparatus that receives a reflected wave of a chirp signal and reproduces a synthetic aperture radar image from the received signal of the reflected wave.

1 レーダセンサ、2 信号処理部、11 励振部、12 増幅部、13 送受切換器、14 送受信アンテナ、15 受信部、16 データ記録部、16a A/D変換器、17 運動計測部、21 制御器、22 記憶装置、23 信号処理器、24 表示器、31 周波数領域変換部、32 アジマスフーリエ変換部、33 レンジフーリエ変換部、34 位置ずれ補正部、35−1〜35−N 補正係数算出部、36−1〜36−N 補正係数乗算部、37 時間領域変換部、38−1〜38−N レンジ逆フーリエ変換部、39−1〜39−N アジマス逆フーリエ変換部、40 抽出結合部、41 画像再生部、42 位置ずれ補正部、43−1〜43−N 補正係数算出部、44−1〜44−N 補正係数乗算部、45 ドップラー周波数演算部、46 周波数シフト部、47 ヒット分割部、48 ドップラーシフト部、49 周波数復元部、49a ドップラーシフト戻し部、49b ヒット結合部、51 アジマスフーリエ変換回路、52 レンジフーリエ変換回路、53 位置ずれ補正回路、54 レンジ逆フーリエ変換回路、55 アジマス逆フーリエ変換回路、56 抽出結合回路、57 画像再生回路、58 位置ずれ補正回路、59 ドップラー周波数演算回路、60 ヒット分割回路、61 ドップラーシフト回路、62 ドップラーシフト戻し回路、63 ヒット結合回路、71 メモリ、72 プロセッサ、100 点目標。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Radar sensor, 2 Signal processing part, 11 Excitation part, 12 Amplification part, 13 Transmission / reception switching device, 14 Transmission / reception antenna, 15 Reception part, 16 Data recording part, 16a A / D converter, 17 Motion measurement part, 21 Controller , 22 storage device, 23 signal processor, 24 display, 31 frequency domain transform unit, 32 azimuth Fourier transform unit, 33 range Fourier transform unit, 34 position shift correction unit, 35-1 to 35-N correction coefficient calculation unit, 36-1 to 36-N correction coefficient multiplication unit, 37 time domain conversion unit, 38-1 to 38-N range inverse Fourier transform unit, 39-1 to 39-N azimuth inverse Fourier transform unit, 40 extraction combination unit, 41 Image reproduction unit, 42 position shift correction unit, 43-1 to 43-N correction coefficient calculation unit, 44-1 to 44-N correction coefficient multiplication unit, 45 Doppler frequency calculation unit, 46 frequency shift unit, 47 hit division unit, 48 Doppler shift unit, 49 frequency restoration unit, 49a Doppler shift return unit, 49b hit combination unit, 51 azimuth Fourier transform circuit, 52 range Fourier transform circuit, 53 position shift correction circuit, 54 Range inverse Fourier transform circuit, 55 Azimuth inverse Fourier transform circuit, 56 Extraction and coupling circuit, 57 Image reproduction circuit, 58 Misalignment correction circuit, 59 Doppler frequency calculation circuit, 60 hit division circuit, 61 Doppler shift circuit, 62 Doppler shift return circuit , 63 hit combination circuit, 71 memory, 72 processor, 100 point target.

Claims (5)

チャープ信号における周波数の変化率を変えながら、前記チャープ信号を繰り返し空間に放射し、目標に反射された前記チャープ信号の反射波を受信して、前記反射波の受信信号を出力するレーダセンサと、
前記レーダセンサの移動に伴って発生する前記受信信号における結像位置の位置ずれを補正し、位置ずれ補正後の受信信号から合成開口レーダ画像を再生する信号処理部とを備え、
前記信号処理部は、前記反射波の受信信号を周波数空間上の受信データに変換し、複数の前記変化率の情報を用いて、前記変化率毎に、前記周波数空間上の受信データにおける前記結像位置の位置ずれを補正してから前記受信データを時間領域の信号に戻し、異なる前記変化率にそれぞれ対応する前記時間領域の信号を結合することを特徴とするレーダ処理装置。
A radar sensor that repeatedly emits the chirp signal to space while changing the frequency change rate of the chirp signal, receives the reflected wave of the chirp signal reflected by a target, and outputs the received signal of the reflected wave;
A signal processing unit that corrects a positional shift of the imaging position in the received signal generated along with the movement of the radar sensor, and reproduces a synthetic aperture radar image from the received signal after the positional shift correction;
The signal processing unit converts the reception signal of the reflected wave into reception data on the frequency space, and uses the information on the plurality of change rates to generate the connection in the reception data on the frequency space for each change rate. A radar processing apparatus, comprising: correcting a positional shift of an image position, returning the received data to a time domain signal, and combining the time domain signals respectively corresponding to the different rates of change.
前記信号処理部は、
前記反射波の受信信号を周波数領域の受信データに変換する周波数領域変換部と、
前記チャープ信号における周波数の変化率毎に、当該変化率に対応する位置ずれの補正係数を前記周波数領域変換部により変換された受信データに乗算することで、前記受信データにおける前記結像位置の位置ずれを補正する位置ずれ補正部と、
前記位置ずれ補正部により位置ずれが補正された受信データを時間領域の信号に変換する時間領域変換部と、
前記チャープ信号における周波数の変化率毎に、前記時間領域変換部により変換された時間領域の信号から当該変化率に対応する信号を抽出し、各々の変化率に対応する信号を結合する抽出結合部と、
前記抽出結合部により結合された信号から合成開口レーダ画像を再生する画像再生部とを備えていることを特徴とする請求項1記載のレーダ処理装置。
The signal processing unit
A frequency domain converter that converts the received signal of the reflected wave into frequency domain received data;
For each frequency change rate in the chirp signal, the reception data converted by the frequency domain conversion unit is multiplied by the correction coefficient of the positional deviation corresponding to the change rate, thereby the position of the imaging position in the reception data. A misalignment correction unit for correcting misalignment;
A time domain conversion unit that converts the received data whose positional deviation has been corrected by the positional deviation correction unit into a signal in the time domain;
For each frequency change rate in the chirp signal, an extraction combining unit that extracts a signal corresponding to the change rate from the time domain signal converted by the time domain conversion unit and combines the signals corresponding to the change rates When,
The radar processing apparatus according to claim 1, further comprising: an image reproducing unit that reproduces a synthetic aperture radar image from the signals combined by the extraction combining unit.
前記周波数領域変換部は、前記反射波の受信信号を周波数領域の受信データとして、アジマス周波数空間及びレンジ周波数空間からなる2次元周波数空間上の受信データに変換し、
前記位置ずれ補正部は、前記チャープ信号における周波数の変化率毎に、当該変化率に対応する位置ずれの補正係数を前記2次元周波数空間上の受信データに乗算することで、前記受信データにおける前記結像位置の位置ずれを補正することを特徴とする請求項2記載のレーダ処理装置。
The frequency domain conversion unit converts the reception signal of the reflected wave as reception data of the frequency domain into reception data on a two-dimensional frequency space composed of an azimuth frequency space and a range frequency space,
The misregistration correction unit multiplies the reception data in the two-dimensional frequency space by the correction coefficient of misregistration corresponding to the change rate for each frequency change rate in the chirp signal, so that the reception data in the reception data The radar processing apparatus according to claim 2, wherein the displacement of the imaging position is corrected.
前記周波数領域変換部は、前記反射波の受信信号を周波数領域の受信データとして、アジマス周波数空間上の受信データに変換し、
前記位置ずれ補正部は、前記チャープ信号における周波数の変化率毎に、当該変化率に対応する位置ずれの補正係数を前記アジマス周波数空間上の受信データに乗算することで、前記受信データにおける前記結像位置の位置ずれを補正することを特徴とする請求項2記載のレーダ処理装置。
The frequency domain conversion unit converts the reception signal of the reflected wave as reception data in the frequency domain into reception data on the azimuth frequency space,
For each frequency change rate in the chirp signal, the misregistration correction unit multiplies the reception data in the azimuth frequency space by a misalignment correction coefficient corresponding to the change rate to thereby obtain the result in the received data. The radar processing apparatus according to claim 2, wherein a position shift of the image position is corrected.
前記信号処理部は、
前記反射波の受信信号をヒット方向に分割して、前記分割した各受信信号のドップラー周波数をそれぞれシフトし、周波数シフト後の各受信信号を前記周波数領域変換部にそれぞれ出力する周波数シフト部と、
前記抽出結合部により結合された各信号におけるドップラー周波数を前記シフト前のドップラー周波数にそれぞれ戻し、前記ドップラー周波数を戻した各信号をヒット方向に結合する周波数復元部とを備えていることを特徴とする請求項2記載のレーダ処理装置。
The signal processing unit
A frequency shift unit that divides the received signal of the reflected wave in the hit direction, shifts the Doppler frequency of each of the divided received signals, and outputs each received signal after the frequency shift to the frequency domain transform unit;
A frequency restoration unit that returns the Doppler frequency in each signal combined by the extraction combining unit to the Doppler frequency before the shift, and combines the signals that have returned the Doppler frequency in the hit direction. The radar processing device according to claim 2.
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