JP6687297B1 - Radar signal processing device and radar signal processing method - Google Patents

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Abstract

アジマス方向に複数の開口を有しているアンテナ部(1)における複数の開口のそれぞれから送信パルスが不等時間間隔で繰り返し放射されることで、目標に反射された送信パルスが受信パルスとして、複数の開口のそれぞれで受信されると、複数の開口のそれぞれで受信された受信パルスを用いて、複数のビームを形成するビーム形成部(3)と、ビーム形成部(3)により形成された複数のビームのそれぞれに含まれている複数の受信パルスの時間間隔を等間隔化する等間隔化部(5)と、等間隔化部(5)により時間間隔が等間隔化された複数の受信パルスを含んでいるそれぞれのビームをドップラー周波数領域の信号に変換し、複数のドップラー周波数領域の信号を出力する変換部(6)と、変換部(6)から出力された複数のドップラー周波数領域の信号を合成し、複数のドップラー周波数領域の信号の合成信号を出力する信号合成部(7)と、信号合成部(7)から出力された合成信号を時間領域の信号に変換する逆変換部(8)とを備えるように、レーダ信号処理装置を構成した。By repeatedly radiating the transmission pulse from each of the plurality of apertures in the antenna unit (1) having a plurality of apertures in the azimuth direction at unequal time intervals, the transmission pulse reflected by the target as a reception pulse, A beam forming unit (3) that forms a plurality of beams by using the reception pulse received by each of the plurality of apertures and formed by the beam forming unit (3) An equal interval part (5) for equalizing the time intervals of a plurality of reception pulses included in each of a plurality of beams, and a plurality of receptions whose time intervals are equalized by the equal interval part (5). Each of the beams including the pulses is converted into a Doppler frequency domain signal, and a plurality of Doppler frequency domain signals are output, and a plurality of Doppler frequency domain output signals are output. Signal combiner (7) for combining signals in the Raler frequency domain and outputting a combined signal of a plurality of signals in the Doppler frequency domain, and converting the combined signal output from the signal combiner (7) into a signal in the time domain The radar signal processing device is configured to include the inverse conversion unit (8).

Description

この発明は、アンテナ部における複数の開口のそれぞれで受信された受信パルスを用いて、複数のビームを形成するレーダ信号処理装置及びレーダ信号処理方法に関するものである。   The present invention relates to a radar signal processing device and a radar signal processing method for forming a plurality of beams using reception pulses received by a plurality of apertures in an antenna section.

以下の非特許文献1には、レーダ装置に搭載されている合成開口レーダ(SAR:Synthetic Aperture Radar)信号処理装置が開示されている。
非特許文献1に開示されているSAR信号処理装置は、レーダ装置の進行方向であるアジマス方向に複数の開口を有するアンテナを備えている。
非特許文献1に開示されているSAR信号処理装置は、レーダ装置が移動しているとき、複数の開口のそれぞれから送信パルスを等しい時間間隔で繰り返し放射し、目標に反射された送信パルスを受信パルスとして、複数の開口のそれぞれで受信する。
非特許文献1に開示されているSAR信号処理装置は、複数の開口のそれぞれで受信された受信パルスについての受信信号をドップラー周波数領域の信号に変換する。
そして、非特許文献1に開示されているSAR信号処理装置は、受信信号に生じている信号の折り返しであるアンビギュイティを相殺するリコンストラクション処理を実施する。
The following Non-Patent Document 1 discloses a Synthetic Aperture Radar (SAR) signal processing device mounted on a radar device.
The SAR signal processing device disclosed in Non-Patent Document 1 includes an antenna having a plurality of openings in the azimuth direction which is the traveling direction of the radar device.
The SAR signal processing device disclosed in Non-Patent Document 1 repeatedly emits a transmission pulse from each of a plurality of apertures at equal time intervals and receives a transmission pulse reflected by a target when the radar device is moving. Received as a pulse at each of the plurality of apertures.
The SAR signal processing device disclosed in Non-Patent Document 1 converts a received signal for a received pulse received at each of a plurality of apertures into a Doppler frequency domain signal.
Then, the SAR signal processing device disclosed in Non-Patent Document 1 performs a reconstruction process that cancels out ambiguity, which is the folding of the signal generated in the received signal.

G. Krieger, N. Gebert, and A. Moreira, “Unambiguous SAR Signal Reconstruction From Nonuniform Displaced Phase Center Sampling”, IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing, 2004G. Krieger, N. Gebert, and A. Moreira, “Unambiguous SAR Signal Reconstruction From Nonuniform Displaced Phase Center Sampling”, IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing, 2004

SAR画像における高分解能化及び広域観測化の双方を実現するため、レーダ装置の進行方向であるアジマス方向に複数の開口を有するアンテナを用いる方法が知られている(非特許文献1)。他方、広域観測化に寄与する方式として、送信パルスを不等間隔で繰り返し放射し、目標に反射された送信パルスを受信パルスとして繰り返し受信するスタガトリガ方式が知られている。複数の開口を有するアンテナを用いつつ、スタガトリガ方式でパルスを送受信することにより、非特許文献1に開示された方式よりも更なる広域観測化の実現が期待される。しかし、非特許文献1に開示されているSAR信号処理装置は、送信パルスを等しい時間間隔で繰り返し放射することを前提としているため、スタガトリガ方式の観測を適用することができないという課題があった。   A method using an antenna having a plurality of openings in the azimuth direction, which is the traveling direction of the radar device, is known in order to realize both high resolution and wide area observation in the SAR image (Non-Patent Document 1). On the other hand, as a method that contributes to wide area observation, a stagger trigger method is known in which a transmission pulse is repeatedly emitted at unequal intervals and a transmission pulse reflected by a target is repeatedly received as a reception pulse. By using an antenna having a plurality of apertures and transmitting and receiving pulses by the staggered trigger method, it is expected to realize a wider area observation than the method disclosed in Non-Patent Document 1. However, since the SAR signal processing device disclosed in Non-Patent Document 1 is based on the premise that the transmission pulse is repeatedly emitted at equal time intervals, there is a problem that the staggered trigger observation cannot be applied.

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、スタガトリガ方式の観測を適用できるようにして、アジマス方向に複数の開口を有するSARにおいて、送信パルスを等しい時間間隔で繰り返し放射する場合よりも、SAR画像の広域観測化に寄与することができるレーダ信号処理装置及びレーダ信号処理方法を得ることを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and makes it possible to apply staggered-triggered observations and repeatedly emits transmission pulses at equal time intervals in a SAR having a plurality of openings in the azimuth direction. It is an object of the present invention to obtain a radar signal processing device and a radar signal processing method that can contribute to wide-area observation of SAR images rather than the case.

この発明に係るレーダ信号処理装置は、アジマス方向に複数の開口を有しているアンテナ部における複数の開口のそれぞれから送信パルスが不等時間間隔で繰り返し放射され、当該不等時間間隔で繰り返し放射された送信パルスが目標に反射され、当該反射された送信パルス複数の開口のそれぞれで受信された受信パルスを用いて、複数のビームを形成するビーム形成部と、ビーム形成部により形成された複数のビームにおけるそれぞれのドップラー周波数を低減する周波数低減部と、周波数低減部によりドップラー周波数が低減された複数のビームのそれぞれに含まれている複数の受信パルスの時間間隔を等間隔化した後、時間間隔を等間隔化した複数の受信パルスを含んでいる複数のビームにおけるそれぞれのドップラー周波数を、周波数低減部により低減される前のドップラー周波数に戻し、ドップラー周波数を戻した複数のビームを出力する等間隔化部と、等間隔化部により出力された複数のビームそれぞれのビームをドップラー周波数領域の信号に変換し、複数のドップラー周波数領域の信号を出力する変換部と、変換部から出力された複数のドップラー周波数領域の信号を合成し、複数のドップラー周波数領域の信号の合成信号を出力する信号合成部と、信号合成部から出力された合成信号を時間領域の信号に変換する逆変換部とを備えるようにしたものである。 In the radar signal processing device according to the present invention, the transmission pulse is repeatedly radiated from each of the plurality of openings in the antenna section having a plurality of openings in the azimuth direction at unequal time intervals, and the radiation is repeatedly radiated at the unequal time intervals. It is reflected to the transmission pulse the target that is, using the received pulses received in each of the reflected transmitted pulses a plurality of openings, and a beam forming unit for forming a plurality of beams, which is formed by the beam forming section After reducing the frequency of each Doppler frequency in the plurality of beams, and equalizing the time intervals of the plurality of received pulses included in each of the plurality of beams whose Doppler frequency is reduced by the frequency reducing unit , Each Doppler frequency in multiple beams containing multiple received pulses with equal time intervals Back to the Doppler frequency before being reduced by the number reducing unit, and equispaced unit for outputting a plurality of beams that returned the Doppler frequency, a plurality of output by equispaced portions beams each beam Doppler frequency domain A signal that converts a signal and outputs multiple Doppler frequency domain signals, and a signal that combines the multiple Doppler frequency domain signals output from the conversion section and outputs a composite signal of multiple Doppler frequency domain signals A combination unit and an inverse conversion unit that converts the combined signal output from the signal combination unit into a signal in the time domain are provided.

この発明によれば、アジマス方向に複数の開口を有するSARにおいて、送信パルスを等しい時間間隔で繰り返し放射する場合よりも、SAR画像の広域観測化に寄与することができる。   According to the present invention, in the SAR having a plurality of apertures in the azimuth direction, it is possible to contribute to wide area observation of the SAR image, compared to the case where the transmission pulse is repeatedly emitted at equal time intervals.

実施の形態1に係るレーダ信号処理装置を示す構成図である。1 is a configuration diagram showing a radar signal processing device according to a first embodiment. 実施の形態1に係るレーダ信号処理装置における信号処理部2のハードウェアを示すハードウェア構成図である。3 is a hardware configuration diagram showing hardware of a signal processing unit 2 in the radar signal processing device according to the first embodiment. FIG. レーダ信号処理装置の信号処理部2が、ソフトウェア又はファームウェア等によって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 processing part 2 of a radar signal processing apparatus is implement | achieved by software or firmware. 信号処理部2の処理手順であるレーダ信号処理方法を示すフローチャートである。6 is a flowchart showing a radar signal processing method which is a processing procedure of the signal processing unit 2. 移動体に搭載されているアンテナ部1が有している複数の開口と、ビーム形成部3により形成される複数のビームとの一例を示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of a plurality of openings included in an antenna unit 1 mounted on a moving body and a plurality of beams formed by a beam forming unit 3. アンテナ部1から不等時間間隔で繰り返し送信される送信パルスと、アンテナ部1により不等時間間隔で繰り返し受信される受信パルスとの一例を示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of a transmission pulse repeatedly transmitted from the antenna unit 1 at unequal time intervals and a reception pulse repeatedly received by the antenna unit 1 at unequal time intervals. ビーム形成部3により形成された指向方向の角度がθ=0である第k番目のビームの一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the k-th beam with which the angle of the directivity direction formed by the beam forming part 3 is (theta) k = 0. ビーム形成部3により形成された指向方向の角度がθ≠0である第k番目のビームの一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the kth beam in which the angle of the directivity direction formed by the beam forming part 3 is θ k ≠ 0. ビーム形成部3がエレベーション方向のDBFを実施することで形成したビームを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the beam formed by the beam forming part 3 implementing DBF of an elevation direction. 周波数低減部4によるビームのドップラー周波数の低減処理を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the reduction process of the Doppler frequency of the beam by the frequency reduction part 4. 周波数低減部4から出力されたドップラー周波数低減後のビームに含まれている複数の受信パルスの一例を示す説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram showing an example of a plurality of reception pulses included in a beam after Doppler frequency reduction output from the frequency reduction unit 4. ドップラー周波数低減後のビームに含まれている複数の受信パルスから求められる近似曲線の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the approximate curve calculated | required from the some received pulse contained in the beam after Doppler frequency reduction. 等間隔化部5により時間間隔が等間隔化された複数の受信パルスの一例を示す説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram showing an example of a plurality of received pulses whose time intervals are made equal by an equalizing section 5. 複数の開口から不等時間間隔で送信パルスが繰り返し放射されたのち、それぞれの送信パルスが1つの目標に反射されて、複数の開口のそれぞれで複数の受信パルスが受信されたときに、いずれか1つの開口で受信された複数の受信パルスを含んでいる受信信号の位相の一例を示す説明図である。When transmission pulses are repeatedly emitted from the plurality of apertures at unequal time intervals, each transmission pulse is reflected by one target, and a plurality of reception pulses are received by each of the plurality of apertures, either It is explanatory drawing which shows an example of the phase of the received signal containing the some received pulse received with one aperture. ビーム形成部3によって、複数の開口で受信された受信パルスから形成されたビームの位相の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the phase of the beam formed from the received pulse received by the beam forming part 3 by several apertures. 周波数低減部4によって、ドップラー周波数が低減されたビームの位相の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the phase of the beam in which the Doppler frequency was reduced by the frequency reduction part 4. 信号合成部7から出力された合成信号が逆変換部8によって時間領域に変換された信号の一例を示す説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram showing an example of a signal obtained by transforming the synthesized signal output from the signal synthesis unit 7 into the time domain by the inverse transformation unit 8. 図14に示すビームにおけるドップラー周波数領域の信号を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the signal of the Doppler frequency domain in the beam shown in FIG. ビーム形成部3により形成された図15に示すビームにおけるドップラー周波数領域の信号を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the signal of the Doppler frequency domain in the beam shown in FIG. 15 formed of the beam forming part 3. 周波数低減部4によりドップラー周波数が低減された図16に示すビームにおけるドップラー周波数領域の信号を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the signal of the Doppler frequency region in the beam which the Doppler frequency was reduced by the frequency reduction part 4 in FIG. 信号合成部7による合成信号を示す説明図である。7 is an explanatory diagram showing a combined signal by the signal combining unit 7. FIG. 周波数低減部4によるビームのドップラー周波数の低減処理を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the reduction process of the Doppler frequency of the beam by the frequency reduction part 4. 周波数低減部4によるビームのドップラー周波数の低減処理を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the reduction process of the Doppler frequency of the beam by the frequency reduction part 4.

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、添付の図面に従って説明する。   Hereinafter, in order to describe the present invention in more detail, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

実施の形態1.
図1は、実施の形態1に係るレーダ信号処理装置を示す構成図である。
図2は、実施の形態1に係るレーダ信号処理装置における信号処理部2のハードウェアを示すハードウェア構成図である。
図1において、アンテナ部1は、アジマス方向及びエレベーション方向のそれぞれに複数の開口を有している。
アンテナ部1は、複数の開口のそれぞれから送信パルスを不等時間間隔で繰り返し放射し、目標に反射されたそれぞれの送信パルスを受信パルスとして、複数の開口のそれぞれで繰り返し受信する。
アンテナ部1は、アナログデジタル変換器(以下、「A/D変換器」と称する)を備えており、複数の開口のそれぞれで受信したそれぞれの受信パルスについての受信信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する。
アンテナ部1は、デジタルの受信信号を信号処理部2のビーム形成部3に出力する。
Embodiment 1.
FIG. 1 is a configuration diagram showing a radar signal processing device according to the first embodiment.
FIG. 2 is a hardware configuration diagram showing hardware of the signal processing unit 2 in the radar signal processing device according to the first embodiment.
In FIG. 1, the antenna unit 1 has a plurality of openings in each of the azimuth direction and the elevation direction.
The antenna unit 1 repeatedly radiates a transmission pulse from each of the plurality of openings at unequal time intervals, and repeatedly receives each of the transmission pulses reflected by the target as a reception pulse at each of the plurality of openings.
The antenna unit 1 includes an analog-digital converter (hereinafter referred to as “A / D converter”), and converts a reception signal for each reception pulse received at each of a plurality of apertures from an analog signal to a digital signal. Convert.
The antenna unit 1 outputs the digital received signal to the beam forming unit 3 of the signal processing unit 2.

信号処理部2は、ビーム形成部3、周波数低減部4、等間隔化部5、変換部6、信号合成部7、逆変換部8及び画像再生部9を備えている。
信号処理部2は、アンテナ部1から出力されたデジタルの受信信号に対する各種の信号処理を実施することで、SAR画像を再生する。
The signal processing unit 2 includes a beam forming unit 3, a frequency reduction unit 4, an equal spacing unit 5, a conversion unit 6, a signal combination unit 7, an inverse conversion unit 8 and an image reproduction unit 9.
The signal processing unit 2 reproduces the SAR image by performing various kinds of signal processing on the digital received signal output from the antenna unit 1.

ビーム形成部3は、例えば、図2に示すビーム形成回路11によって実現される。
ビーム形成部3は、アンテナ部1における複数の開口のそれぞれで受信されたそれぞれの受信パルスについての受信信号を用いて、複数のビームを形成する。
ビーム形成部3は、形成した複数のビームのそれぞれを周波数低減部4に出力する。
The beam forming unit 3 is realized by, for example, the beam forming circuit 11 shown in FIG.
The beam forming unit 3 forms a plurality of beams by using the reception signals of the respective reception pulses received by the plurality of apertures in the antenna unit 1.
The beam forming unit 3 outputs each of the formed beams to the frequency reducing unit 4.

周波数低減部4は、例えば、図2に示す周波数低減回路12によって実現される。
周波数低減部4は、ビーム形成部3により形成された複数のビームにおけるそれぞれのドップラー周波数を低減する。
周波数低減部4は、ドップラー周波数低減後の複数のビームのそれぞれを等間隔化部5に出力する。
The frequency reduction unit 4 is realized by, for example, the frequency reduction circuit 12 shown in FIG.
The frequency reduction unit 4 reduces each Doppler frequency in the plurality of beams formed by the beam forming unit 3.
The frequency reduction unit 4 outputs each of the plurality of beams after the Doppler frequency reduction to the equal spacing unit 5.

等間隔化部5は、例えば、図2に示す等間隔化回路13によって実現される。
等間隔化部5は、周波数低減部4によりドップラー周波数が低減された複数のビームのそれぞれに含まれている複数の受信パルスの時間間隔を等間隔化する。
等間隔化部5は、時間間隔を等間隔化した複数の受信パルスを含んでいる複数のビームにおけるそれぞれのドップラー周波数を、周波数低減部4により低減される前のドップラー周波数に戻し、ドップラー周波数を戻した複数のビームのそれぞれを変換部6に出力する。
The equalizing section 5 is realized by, for example, the equalizing circuit 13 shown in FIG.
The equalization unit 5 equalizes the time intervals of the plurality of received pulses included in each of the plurality of beams whose Doppler frequencies have been reduced by the frequency reduction unit 4.
The equalizing section 5 restores the respective Doppler frequencies in a plurality of beams including a plurality of received pulses whose time intervals are equalized to the Doppler frequency before being reduced by the frequency reducing section 4 to set the Doppler frequency. Each of the returned multiple beams is output to the conversion unit 6.

変換部6は、例えば、図2に示す変換回路14によって実現される。
変換部6は、等間隔化部5によりドップラー周波数が戻されたそれぞれのビームをドップラー周波数領域の信号に変換する。
変換部6は、複数のドップラー周波数領域の信号のそれぞれを信号合成部7に出力する。
The conversion unit 6 is realized by, for example, the conversion circuit 14 shown in FIG.
The conversion unit 6 converts each beam whose Doppler frequency has been returned by the equalization unit 5 into a Doppler frequency domain signal.
The conversion unit 6 outputs each of the signals in the Doppler frequency domain to the signal synthesis unit 7.

信号合成部7は、例えば、図2に示す信号合成回路15によって実現される。
信号合成部7は、変換部6から出力された複数のドップラー周波数領域の信号を合成し、複数のドップラー周波数領域の信号の合成信号を逆変換部8に出力する。
The signal composition unit 7 is realized by, for example, the signal composition circuit 15 shown in FIG.
The signal combiner 7 combines the signals in the Doppler frequency domain output from the converter 6, and outputs the combined signal of the signals in the Doppler frequency domain to the inverse transformer 8.

逆変換部8は、例えば、図2に示す逆変換回路16によって実現される。
逆変換部8は、信号合成部7から出力された合成信号を時間領域の信号に変換し、時間領域の信号を画像再生部9に出力する。
The inverse conversion unit 8 is realized by, for example, the inverse conversion circuit 16 shown in FIG.
The inverse transforming unit 8 transforms the combined signal output from the signal synthesizing unit 7 into a time domain signal, and outputs the time domain signal to the image reproducing unit 9.

画像再生部9は、例えば、図2に示す画像再生回路17によって実現される。
画像再生部9は、逆変換部8から出力された時間領域の信号からSAR画像を再生する。
The image reproduction unit 9 is realized by, for example, the image reproduction circuit 17 shown in FIG.
The image reproduction unit 9 reproduces the SAR image from the time domain signal output from the inverse conversion unit 8.

図1では、レーダ信号処理装置における信号処理部2の構成要素であるビーム形成部3、周波数低減部4、等間隔化部5、変換部6、信号合成部7、逆変換部8及び画像再生部9のそれぞれが、図2に示すような専用のハードウェアによって実現されるものを想定している。即ち、レーダ信号処理装置における信号処理部2が、ビーム形成回路11、周波数低減回路12、等間隔化回路13、変換回路14、信号合成回路15、逆変換回路16及び画像再生回路17によって実現されるものを想定している。
ここで、ビーム形成回路11、周波数低減回路12、等間隔化回路13、変換回路14、信号合成回路15、逆変換回路16及び画像再生回路17のそれぞれは、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)、又は、これらを組み合わせたものが該当する。
In FIG. 1, the beam forming unit 3, the frequency reduction unit 4, the equalization unit 5, the conversion unit 6, the signal synthesis unit 7, the inverse conversion unit 8 and the image reproduction, which are the components of the signal processing unit 2 in the radar signal processing device. It is assumed that each of the units 9 is realized by dedicated hardware as shown in FIG. That is, the signal processing unit 2 in the radar signal processing device is realized by the beam forming circuit 11, the frequency reduction circuit 12, the equalization circuit 13, the conversion circuit 14, the signal synthesis circuit 15, the inverse conversion circuit 16, and the image reproduction circuit 17. I am assuming something.
Here, each of the beam forming circuit 11, the frequency reduction circuit 12, the equal interval circuit 13, the conversion circuit 14, the signal synthesis circuit 15, the inverse conversion circuit 16, and the image reproduction circuit 17 is, for example, a single circuit, a composite circuit, A programmed processor, a parallel programmed processor, an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), an FPGA (Field-Programmable Gate Array), or a combination thereof is applicable.

レーダ信号処理装置における信号処理部2の構成要素は、専用のハードウェアによって実現されるものに限るものではなく、信号処理部2がソフトウェア、ファームウェア、又は、ソフトウェアとファームウェアとの組み合わせによって実現されるものであってもよい。
ソフトウェア又はファームウェアは、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、あるいは、DSP(Digital Signal Processor)が該当する。
The components of the signal processing unit 2 in the radar signal processing device are not limited to those realized by dedicated hardware, but the signal processing unit 2 is realized by software, firmware, or a combination of software and firmware. It may be one.
The software or firmware is stored in the memory of the computer as a program. The computer means hardware that executes a program, and corresponds to, for example, a CPU (Central Processing Unit), a central processing unit, a processing unit, an arithmetic unit, a microprocessor, a microcomputer, a processor, or a DSP (Digital Signal Processor). To do.

図3は、レーダ信号処理装置の信号処理部2が、ソフトウェア又はファームウェア等によって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。
レーダ信号処理装置の信号処理部2が、ソフトウェア又はファームウェア等によって実現される場合、ビーム形成部3、周波数低減部4、等間隔化部5、変換部6、信号合成部7、逆変換部8及び画像再生部9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がメモリ21に格納される。そして、コンピュータのプロセッサ22がメモリ21に格納されているプログラムを実行する。
図4は、信号処理部2の処理手順であるレーダ信号処理方法を示すフローチャートである。
FIG. 3 is a hardware configuration diagram of a computer when the signal processing unit 2 of the radar signal processing device is realized by software, firmware, or the like.
When the signal processing unit 2 of the radar signal processing device is realized by software, firmware, or the like, the beam forming unit 3, the frequency reduction unit 4, the equal spacing unit 5, the conversion unit 6, the signal synthesis unit 7, the inverse conversion unit 8 A program for causing a computer to execute the processing procedure of the image reproducing unit 9 is stored in the memory 21. Then, the processor 22 of the computer executes the program stored in the memory 21.
FIG. 4 is a flowchart showing a radar signal processing method which is a processing procedure of the signal processing unit 2.

また、図2では、レーダ信号処理装置における信号処理部2の構成要素のそれぞれが専用のハードウェアによって実現される例を示し、図3では、レーダ信号処理装置における信号処理部2がソフトウェア又はファームウェア等によって実現される例を示している。しかし、これは一例に過ぎず、信号処理部2における一部の構成要素が専用のハードウェアによって実現され、残りの構成要素がソフトウェア又はファームウェア等によって実現されるものであってもよい。   2 shows an example in which each of the components of the signal processing unit 2 in the radar signal processing device is realized by dedicated hardware, and in FIG. 3, the signal processing unit 2 in the radar signal processing device is software or firmware. An example realized by the above is shown. However, this is merely an example, and some of the constituent elements in the signal processing unit 2 may be realized by dedicated hardware and the remaining constituent elements may be realized by software or firmware.

次に、図1に示すレーダ信号処理装置の動作について説明する。
図1に示すレーダ信号処理装置は、人工衛星又は飛行機等の移動体に搭載されており、移動体の移動に伴って、移動する。
図1に示すレーダ信号処理装置では、移動体が速度Vpltで等速直線運動しているものとする。
Next, the operation of the radar signal processing device shown in FIG. 1 will be described.
The radar signal processing device shown in FIG. 1 is mounted on a moving body such as an artificial satellite or an airplane, and moves as the moving body moves.
In the radar signal processing device shown in FIG. 1, it is assumed that the moving body is moving at a uniform speed at a velocity V plt .

アンテナ部1は、アジマス方向及びエレベーション方向のそれぞれに複数の開口を有している。
図5は、移動体に搭載されているアンテナ部1が有している複数の開口と、ビーム形成部3により形成される複数のビームとの一例を示す説明図である。
ビーム形成部3により形成される複数のビームは、信号処理部2内で計算上使用する仮想的な空間に形成されるビームであり、実空間に形成されるビームではない。
アジマス方向は、移動体の移動方向xと一致している。エレベーション方向は、図5及び図9において、矢印ELが示す方向である。エレベーション方向は、移動方向xと直交する方向である。
図5において、y軸方向は、グランドレンジ方向であり、z軸方向は、移動体の移動方向x及びy軸方向のそれぞれと直交する方向である。
図5の例では、アンテナ部1が、アジマス方向に2つの開口を有し、エレベーション方向に2つの開口を有している。
ビーム形成部3は、複数の開口によりそれぞれ受信された受信パルスについてのデジタルの受信信号を用いて、デジタルビームフォーミング(DBF:Digital Beam Forming)を実施することで、K(Kは、2以上の整数である)本のビームを形成することができる。ビーム形成部3は、アンテナ部1が有する開口の数が多いほど、ビーム幅が細いビームを形成することが可能である。図5の例では、ビーム形成部3により2つのビームが形成されている。しかし、これは一例に過ぎず、3つ以上のビームが形成されていてもよい。
The antenna unit 1 has a plurality of openings in each of the azimuth direction and the elevation direction.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example of a plurality of openings included in the antenna unit 1 mounted on a moving body and a plurality of beams formed by the beam forming unit 3.
The plurality of beams formed by the beam forming unit 3 are beams formed in a virtual space used for calculation in the signal processing unit 2, and are not beams formed in a real space.
The azimuth direction coincides with the moving direction x of the moving body. The elevation direction is the direction indicated by the arrow EL in FIGS. 5 and 9. The elevation direction is a direction orthogonal to the moving direction x.
In FIG. 5, the y-axis direction is the ground range direction, and the z-axis direction is a direction orthogonal to the moving direction x and the y-axis direction of the moving body.
In the example of FIG. 5, the antenna unit 1 has two openings in the azimuth direction and two openings in the elevation direction.
The beam forming unit 3 performs digital beam forming (DBF: Digital Beam Forming) by using digital reception signals of the reception pulses received by the plurality of apertures, respectively, so that K (K is 2 or more). A number of beams (which is an integer) can be formed. The beam forming unit 3 can form a beam having a narrower beam width as the number of openings of the antenna unit 1 increases. In the example of FIG. 5, two beams are formed by the beam forming unit 3. However, this is only an example, and three or more beams may be formed.

図1に示すレーダ信号処理装置は、スタガトリガ方式の観測を適用しているため、アンテナ部1は、複数の開口のそれぞれから送信パルスを不等時間間隔で繰り返し目標に向けて放射する。
アンテナ部1は、それぞれの送信パルスを目標に向けて放射したのち、目標に反射されたそれぞれの送信パルスを受信パルスとして、複数の開口のそれぞれで繰り返し受信する。
Since the radar signal processing device shown in FIG. 1 applies the staggered trigger observation, the antenna unit 1 repeatedly radiates a transmission pulse from each of the plurality of apertures toward the target at unequal time intervals.
After radiating each transmission pulse toward the target, the antenna unit 1 repeatedly receives each transmission pulse reflected by the target as a reception pulse at each of the plurality of apertures.

図6は、アンテナ部1から不等時間間隔で繰り返し送信される送信パルスと、アンテナ部1により不等時間間隔で繰り返し受信される受信パルスとの一例を示す説明図である。
図6において、PRI(Pulse Repetition Interval)は、パルス繰返し周期である。スタガトリガ方式の観測では、アジマス時刻の経過に伴って、PRIが変化する。
図1に示すレーダ信号処理装置は、アンテナ部1がエレベーション方向に複数の開口を有しているため、2つの受信パルスをそれぞれ受信した際のアジマス時刻の時間幅が一部重なっていても、2つの受信パルスを分離することができる。したがって、図1に示すレーダ信号処理装置では、受信パルスの時間幅がPRIよりも広くても、受信パルスの観測が可能である。2つの受信パルスを分離する処理自体は、公知の技術であるため詳細な説明を省略する。
エレベーション方向に複数の開口を有するアンテナによるスタガトリガ方式の観測では、パルス繰り返し周波数であるPRF(Pulse Repetition Frequency)を下げることなく、高分解能を維持したまま広域観測が可能であることが知られている。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing an example of a transmission pulse repeatedly transmitted from the antenna unit 1 at unequal time intervals and a reception pulse repeatedly received by the antenna unit 1 at unequal time intervals.
In FIG. 6, PRI (Pulse Repetition Interval) is a pulse repetition period. In the staggered trigger observation, the PRI changes as the azimuth time elapses.
In the radar signal processing device shown in FIG. 1, since the antenna unit 1 has a plurality of openings in the elevation direction, even if the time widths of the azimuth times at the time of receiving two received pulses are partially overlapped, The two received pulses can be separated. Therefore, the radar signal processing device shown in FIG. 1 can observe the received pulse even if the time width of the received pulse is wider than PRI. Since the process itself for separating the two received pulses is a known technique, detailed description thereof will be omitted.
It is known that in the staggered trigger type observation using an antenna having a plurality of openings in the elevation direction, it is possible to perform wide area observation while maintaining high resolution without lowering the pulse repetition frequency PRF (Pulse Repetition Frequency). There is.

アンテナ部1は、内蔵しているA/D変換器を用いて、複数の開口のそれぞれで受信したそれぞれの受信パルスについての受信信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する。
アンテナ部1は、デジタルの受信信号を信号処理部2のビーム形成部3に出力する。
The antenna unit 1 uses an internal A / D converter to convert a received signal for each received pulse received at each of the plurality of apertures from an analog signal to a digital signal.
The antenna unit 1 outputs the digital received signal to the beam forming unit 3 of the signal processing unit 2.

ビーム形成部3は、アンテナ部1における複数の開口のそれぞれで受信されたそれぞれの受信パルスについてのデジタルの受信信号を用いて、図5に示すように、複数のビームを形成する(図4のステップST1)。
ビーム形成部3は、形成した複数のビームのそれぞれを周波数低減部4に出力する。
The beam forming unit 3 forms a plurality of beams, as shown in FIG. 5, by using the digital reception signals of the respective reception pulses received by the plurality of apertures in the antenna unit 1 (see FIG. 4). Step ST1).
The beam forming unit 3 outputs each of the formed beams to the frequency reducing unit 4.

以下、ビーム形成部3による複数のビームの形成処理を具体的に説明する。
アンテナ部1がアジマス方向に有している開口の個数は、N(Nは、2以上の整数である)個であり、N個の開口における、互いに隣り合う開口間のそれぞれの間隔は、一定である。
また、アンテナ部1がエレベーション方向に有している開口の個数は、M(Mは、2以上の整数である)個であり、M個の開口における、互いに隣り合う開口間のそれぞれの間隔は、一定である。
ビーム形成部3は、例えば、(N×M)個の開口によりそれぞれ受信された受信パルスについてのデジタルの受信信号を用いて、DBFを実施することで、複数のビームを形成することができる。
The process of forming a plurality of beams by the beam forming unit 3 will be specifically described below.
The number of openings that the antenna unit 1 has in the azimuth direction is N (N is an integer of 2 or more), and the intervals between adjacent openings in the N openings are constant. Is.
Further, the number of openings that the antenna unit 1 has in the elevation direction is M (M is an integer of 2 or more), and the spacing between the openings adjacent to each other in the M openings. Is constant.
The beam forming unit 3 can form a plurality of beams by performing DBF, for example, by using digital reception signals of reception pulses received by (N × M) apertures.

ビーム形成部3が、デジタルの受信信号を用いて、例えば、アジマス方向のDBFを実施することで、K(Kは、2以上の整数である)本のビームを形成することができる。ビーム形成部3により形成可能なビームの本数は、アンテナ部1が有する開口の個数によって制限されない。しかし、ビーム形成部3は、開口の数が多いほど、ビーム幅が細いビームを形成することが可能である。
K本のビームのうち、第k(k=1,・・・,K)番目のビームの指向方向は、エレベーション方向及びアジマス方向に垂直な方向からの角度が、θであり、N個の開口のうち、第n(n=1,・・・,N)番目の開口によりそれぞれ受信された受信パルスについてのデジタルの受信信号が、s(τ,η)であるとする。
このとき、第k番目のビームs(τ,η)は、以下の式(1)に示すように、第k番目のビームの指向方向の角度θと、受信信号s(τ,η)とから算出することができる。

Figure 0006687297

式(1)において、τは、レンジ時刻、ηは、アジマス時刻、λは、受信パルスの波長、dは、アジマス方向に並んでいるN個の開口における、互いに隣り合う開口間のそれぞれの間隔である。The beam forming unit 3 can form K (K is an integer of 2 or more) beams by performing, for example, DBF in the azimuth direction using the digital received signal. The number of beams that can be formed by the beam forming unit 3 is not limited by the number of apertures included in the antenna unit 1. However, the beam forming unit 3 can form a beam having a narrow beam width as the number of apertures increases.
Of the K beams, the k-th (k = 1, ..., K) -th beam has a directivity of θ k at an angle from the direction perpendicular to the elevation direction and the azimuth direction, and N It is assumed that the digital received signal of the received pulse received by the n-th (n = 1, ..., N) -th opening of the above is s n (τ, η).
At this time, the kth beam s k (τ, η) has the angle θ k in the pointing direction of the kth beam and the received signal s n (τ, η) as shown in the following equation (1). ) And.
Figure 0006687297

In equation (1), τ is the range time, η is the azimuth time, λ is the wavelength of the received pulse, and d is the distance between the adjacent openings of the N openings arranged in the azimuth direction. Is.

図7は、ビーム形成部3により形成された指向方向の角度がθ=0である第k番目のビームの一例を示す説明図である。
図8は、ビーム形成部3により形成された指向方向の角度がθ≠0である第k番目のビームの一例を示す説明図である。
図7及び図8では、2つの開口がアジマス方向に並んでおり、説明の便宜上、図中、左側の開口を第1の開口と表記し、右側の開口を第2の開口と表記している。
ビーム形成部3は、アジマス方向のDBFを実施することで、図7及び図8に示すように、仮想空間の任意の方向にビームを形成することができる。
ビーム形成部3によって仮想空間に形成されるビームのうち、図7に示すビームは、指向方向の角度がθ=0となるように指向されたビームであり、図8に示すビームは、指向方向の角度がθ≠0となるように指向されたビームである。
図7及び図8には、第1の開口により受信された複数の受信パルスを含む第1のビームと、第2の開口により受信された複数の受信パルスを含む第2のビームとを示している。
ビーム形成部3により形成されるビームは、第1及び第2のビームよりもビーム幅が細い。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing an example of the kth beam formed by the beam forming unit 3 in which the angle of the directivity direction is θ k = 0.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing an example of the kth beam formed by the beam forming unit 3 in which the angle of the directivity direction is θ k ≠ 0.
In FIGS. 7 and 8, two openings are arranged in the azimuth direction. For convenience of description, the left opening is referred to as a first opening and the right opening is referred to as a second opening. .
The beam forming unit 3 can form a beam in an arbitrary direction of the virtual space by performing DBF in the azimuth direction, as shown in FIGS. 7 and 8.
Among the beams formed in the virtual space by the beam forming unit 3, the beam shown in FIG. 7 is a beam that is oriented so that the angle of the orientation direction is θ k = 0, and the beam shown in FIG. The beam is oriented so that the angle of direction is θ k ≠ 0.
7 and 8 show a first beam containing a plurality of received pulses received by a first aperture and a second beam containing a plurality of received pulses received by a second aperture. There is.
The beam formed by the beam forming unit 3 has a narrower beam width than the first and second beams.

ビーム形成部3は、デジタルの受信信号を用いて、エレベーション方向のDBFを実施することで、グランドレンジ方向yにおいても、仮想空間の任意の方向にビームを形成することができる。
図9は、ビーム形成部3がエレベーション方向のDBFを実施することで形成したビームを示す説明図である。
図9では、2つの開口がエレベーション方向に並んでおり、説明の便宜上、図中、左下側の開口を第3の開口と表記し、右上側の開口を第4の開口と表記している。
図9には、第3の開口により受信された複数の受信パルスを含む第3のビームと、第4の開口により受信された複数の受信パルスを含む第4のビームとを示している。
ビーム形成部3により形成されるビームは、仮想空間の任意の方向に指向されたビームであり、第3及び第4のビームよりもビーム幅が細い。
The beam forming unit 3 can form a beam in an arbitrary direction of the virtual space even in the ground range direction y by performing the DBF in the elevation direction using the digital received signal.
FIG. 9 is an explanatory diagram showing a beam formed by the beam forming unit 3 performing DBF in the elevation direction.
In FIG. 9, two openings are arranged side by side in the elevation direction. For convenience of description, in the figure, the lower left opening is referred to as a third opening, and the upper right opening is referred to as a fourth opening. .
FIG. 9 shows a third beam including a plurality of received pulses received by the third aperture and a fourth beam including a plurality of received pulses received by the fourth aperture.
The beam formed by the beam forming unit 3 is a beam directed in an arbitrary direction of the virtual space and has a narrower beam width than the third and fourth beams.

ビーム形成部3は、上述したように、デジタルの受信信号を用いて、アジマス方向のDBFと、エレベーション方向のDBFとを実施して、複数のビームを形成する。
しかし、以降の説明では、説明の簡単化のため、ビーム形成部3がアジマス方向のDBFのみを実施して、K本のビームを形成するものとする。
ビーム形成部3は、形成したK本のビームs(τ,η)(k=1,・・・,K)のそれぞれを周波数低減部4に出力する。
As described above, the beam forming unit 3 forms the plurality of beams by performing the DBF in the azimuth direction and the DBF in the elevation direction using the digital received signal.
However, in the following description, for simplification of description, it is assumed that the beam forming unit 3 performs only DBF in the azimuth direction to form K beams.
The beam forming unit 3 outputs each of the formed K beams sk (τ, η) (k = 1, ..., K) to the frequency reducing unit 4.

後段の画像再生部9がSAR画像を再生するには、ビーム形成部3により形成された複数のビームを合成する必要がある。
ビーム形成部3により形成された複数のビームを合成する方法として、それぞれのビームをドップラー周波数領域の信号に変換し、複数のドップラー周波数領域の信号を合成する方法を用いることができる。
それぞれのビームをドップラー周波数領域の信号に変換する方法として、それぞれのビームをアジマス方向に離散フーリエ変換する方法を用いることができる。しかし、アジマス方向への離散フーリエ変換は、ビームに含まれている複数の受信パルスの時間間隔が不等間隔では簡単に実施することができない。
In order for the image reproducing unit 9 in the subsequent stage to reproduce the SAR image, it is necessary to combine the plurality of beams formed by the beam forming unit 3.
As a method of combining the plurality of beams formed by the beam forming unit 3, a method of converting each beam into a signal in the Doppler frequency domain and combining the signals in the plurality of Doppler frequency domains can be used.
As a method of converting each beam into a signal in the Doppler frequency domain, a method of performing discrete Fourier transform of each beam in the azimuth direction can be used. However, the discrete Fourier transform in the azimuth direction cannot be easily performed when the time intervals of the plurality of received pulses included in the beam are unequal.

図1に示すレーダ信号処理装置は、複数のビームのそれぞれに含まれている複数の受信パルスの時間間隔を等間隔化する等間隔化部5を備えている。複数の受信パルスの時間間隔の等間隔化は、例えば、パルスの内挿処理を実施することで実現することができる。しかし、ビームのドップラー周波数が高い場合、ビームの位相回転が速いために、新たなパルスの内挿を精度良く行うことが困難であり、等間隔化部5が、パルスの内挿処理を後処理に必要な精度で実施することができないことがある。ビームのドップラー周波数が低い場合、ビームの位相回転が遅いため、新たなパルスを精度良く内挿することができ、等間隔化部5が、パルスの内挿処理を後処理に必要な精度で実施できる可能性が高い。   The radar signal processing apparatus shown in FIG. 1 includes an equal interval unit 5 that equalizes the time intervals of a plurality of received pulses included in each of a plurality of beams. The equalization of the time intervals of the plurality of received pulses can be realized by performing pulse interpolation processing, for example. However, when the Doppler frequency of the beam is high, it is difficult to accurately interpolate a new pulse because the phase rotation of the beam is fast, and the equal interval unit 5 post-processes the pulse interpolation process. It may not be possible to carry out with the accuracy required for. When the Doppler frequency of the beam is low, the phase rotation of the beam is slow, so that a new pulse can be interpolated with high accuracy, and the equal interval unit 5 performs the pulse interpolation processing with the accuracy required for post-processing. It is likely to be possible.

周波数低減部4は、ビーム形成部3からK本のビームs(τ,η)を受けると、K本のビームs(τ,η)におけるそれぞれのドップラー周波数を低減する(図4のステップST2)。
周波数低減部4は、ドップラー周波数低減後のK本のビームsdc,k(τ,η)のそれぞれを等間隔化部5に出力する。
図1に示すレーダ信号処理装置が、例えば、観測中にビームを任意の方向に固定して、目標を観測するストリップマップ観測を行う場合を想定する。周波数低減部4は、ストリップマップ観測を行う場合、ビームのドップラー周波数の中心周波数が0Hzで観測されるように、アジマス時間領域でビームs(τ,η)の位相を操作することで、ドップラー周波数の中心周波数を低減することができる。
図10は、周波数低減部4によるビームのドップラー周波数の低減処理を示す説明図である。
図10の例では、周波数低減部4が、ビームのドップラー周波数の中心周波数が0Hzで観測されるように、ドップラー周波数の中心周波数と一致するビーム指向方向のドップラー周波数fを低減している。
Upon receiving the K beams sk (τ, η) from the beam forming unit 3, the frequency reduction unit 4 reduces the respective Doppler frequencies in the K beams sk (τ, η) (step of FIG. 4). ST2).
The frequency reduction unit 4 outputs each of the K beams s dc, k (τ, η) after the Doppler frequency reduction to the equalization unit 5.
It is assumed that the radar signal processing device shown in FIG. 1 fixes the beam in an arbitrary direction during observation and performs strip map observation for observing the target. When performing strip map observation, the frequency reduction unit 4 operates the phase of the beam sk (τ, η) in the azimuth time domain so that the center frequency of the Doppler frequency of the beam is observed at 0 Hz. The center frequency of the frequencies can be reduced.
FIG. 10 is an explanatory diagram showing a beam Doppler frequency reduction process by the frequency reduction unit 4.
In the example of FIG. 10, the frequency reduction unit 4 reduces the Doppler frequency f k in the beam pointing direction that matches the center frequency of the Doppler frequency so that the center frequency of the Doppler frequency of the beam is observed at 0 Hz.

ビームのドップラー周波数の中心周波数と一致するビーム指向方向のドップラー周波数fが0Hzで観測されるように、アジマス時間領域でビームs(τ,η)の位相を操作する処理は、以下の式(2)のように表される。

Figure 0006687297
The processing of manipulating the phase of the beam s k (τ, η) in the azimuth time domain is performed by the following formula so that the Doppler frequency f k in the beam pointing direction that matches the center frequency of the beam Doppler frequency is observed at 0 Hz. It is expressed as (2).
Figure 0006687297

等間隔化部5は、周波数低減部4からドップラー周波数低減後のK本のビームsdc,k(τ,η)(k=1,・・・,K)を受けると、ドップラー周波数低減後のK本のビームsdc,k(τ,η)のそれぞれに含まれている複数の受信パルスの時間間隔を等間隔化する(図4のステップST3)。以下、時間間隔を等間隔化した複数の受信パルスを含んでいるK本のビームを「ses,k(τ,η)」のように表記する。
次に、等間隔化部5は、以下の式(3)に示すように、K本のビームses,k(τ,η)におけるそれぞれのドップラー周波数を、周波数低減部4により低減される前のドップラー周波数に戻す処理を行う(図4のステップST4)。

Figure 0006687297
式(3)において、s’es,k(τ,η)は、等間隔化部5によりドップラー周波数が、周波数低減部4により低減される前のドップラー周波数に戻されたビームである。
等間隔化部5は、ドップラー周波数を戻したK本のビームs’es,k(τ,η)のそれぞれを変換部6に出力する。When the equal spacing unit 5 receives the K beams s dc, k (τ, η) (k = 1, ..., K) after the Doppler frequency reduction from the frequency reduction unit 4, the equalization unit 5 reduces the Doppler frequency. The time intervals of the plurality of reception pulses included in each of the K beams s dc, k (τ, η) are equalized (step ST3 in FIG. 4). Hereinafter, K beams including a plurality of received pulses with equal time intervals are expressed as “ ses, k (τ, η)”.
Next, the equalization unit 5 reduces the respective Doppler frequencies of the K beams ses, k (τ, η) by the frequency reduction unit 4 as shown in the following Expression (3). The processing for returning to the Doppler frequency of is performed (step ST4 in FIG. 4).
Figure 0006687297
In Expression (3), s ′ es, k (τ, η) is the beam whose Doppler frequency has been returned to the Doppler frequency before being reduced by the frequency reducing unit 4 by the equalization unit 5.
The equalization unit 5 outputs each of the K beams s ′ es, k (τ, η) whose Doppler frequency has been returned to the conversion unit 6.

以下、等間隔化部5による時間間隔の等間隔化処理を具体的に説明する。
図11は、周波数低減部4から出力されたドップラー周波数低減後のビームに含まれている複数の受信パルスの一例を示す説明図である。
周波数低減部4から出力されたドップラー周波数低減後のビームsdc,k(τ,η)に含まれている複数の受信パルスは、図11に示すように、受信されたアジマス時刻が不等時間間隔である。図11において、複数の「●」は、それぞれアンテナ部1により受信された受信パルスを示している。
Hereinafter, the equalizing process of the time intervals by the equalizing unit 5 will be specifically described.
FIG. 11 is an explanatory diagram showing an example of a plurality of received pulses included in the beam after the Doppler frequency reduction output from the frequency reduction unit 4.
As shown in FIG. 11, the plurality of received pulses included in the beam s dc, k (τ, η) after the Doppler frequency reduction output from the frequency reduction unit 4 have the azimuth times received at unequal time. It is an interval. In FIG. 11, a plurality of “” indicate reception pulses received by the antenna unit 1.

まず、等間隔化部5は、例えば、内挿法を用いて、ドップラー周波数低減後のビームsdc,k(τ,η)に含まれている複数の受信パルスから、図12に示すような近似曲線を求める。近似曲線は、ビームsdc,k(τ,η)に含まれている複数の受信パルスを通る曲線である。複数の受信パルスを通る曲線には、複数の受信パルスを通る直線も含まれる。
図12は、ドップラー周波数低減後のビームに含まれている複数の受信パルスから求められる近似曲線の一例を示す説明図である。図12において、複数の「●」は、それぞれアンテナ部1により受信された受信パルスを示している。
First, the equalization unit 5 uses, for example, an interpolation method to extract a plurality of received pulses included in the beam s dc, k (τ, η) after the Doppler frequency reduction as shown in FIG. Find an approximate curve. The approximate curve is a curve that passes through a plurality of received pulses included in the beam s dc, k (τ, η). The curved line passing through the plurality of received pulses includes a straight line passing through the plurality of received pulses.
FIG. 12 is an explanatory diagram showing an example of an approximate curve obtained from a plurality of received pulses included in the beam after the Doppler frequency reduction. In FIG. 12, a plurality of “” indicate received pulses received by the antenna unit 1, respectively.

次に、等間隔化部5は、図13に示すように、ビームsdc,k(τ,η)に含まれている複数の受信パルスのアジマス時刻が等間隔になるように、近似曲線上に新たな受信パルスを内挿する。
図13は、等間隔化部5により時間間隔が等間隔化された複数の受信パルスの一例を示す説明図である。図13において、複数の「*」は、それぞれ等間隔化部5により時間間隔が等間隔化された受信パルスを示している。
複数の受信パルスのアジマス時刻が等間隔になるように、近似曲線上に新たな受信パルスを内挿する処理自体は、公知の技術であるため詳細な説明を省略する。
Next, as shown in FIG. 13, the equalizing section 5 makes an approximation curve so that the azimuth times of the plurality of reception pulses included in the beam s dc, k (τ, η) are evenly spaced. The new received pulse is interpolated to.
FIG. 13 is an explanatory diagram showing an example of a plurality of reception pulses whose time intervals are made equal by the equalizing section 5. In FIG. 13, a plurality of “*” s indicate received pulses whose time intervals are equalized by the equalization unit 5, respectively.
Since the process itself of interpolating a new reception pulse on the approximate curve so that the azimuth times of the plurality of reception pulses are evenly spaced is a known technique, detailed description thereof will be omitted.

変換部6は、等間隔化部5から、ドップラー周波数が戻されたK本のビームs’es,k(τ,η)を受けると、例えば、それぞれのビームs’es,k(τ,η)をアジマス方向に離散フーリエ変換することで、それぞれのビームをドップラー周波数領域の信号に変換する(図4のステップST5)。
変換部6は、K個のドップラー周波数領域の信号のそれぞれを信号合成部7に出力する。
When the conversion unit 6 receives the K beams s ′ es, k (τ, η) whose Doppler frequencies have been returned from the equalization unit 5, for example, the respective beams s ′ es, k (τ, η). 4) is subjected to discrete Fourier transform in the azimuth direction to convert each beam into a signal in the Doppler frequency domain (step ST5 in FIG. 4).
The conversion unit 6 outputs each of the K Doppler frequency domain signals to the signal synthesis unit 7.

信号合成部7は、変換部6からK個のドップラー周波数領域の信号を受けると、K個のドップラー周波数領域の信号を合成し、K個のドップラー周波数領域の信号の合成信号を逆変換部8に出力する(図4のステップST6)。   Upon receiving the K Doppler frequency domain signals from the transforming section 6, the signal synthesizing section 7 synthesizes the K Doppler frequency domain signals and inversely transforms the K Doppler frequency domain signals. (STEP ST6 of FIG. 4).

逆変換部8は、信号合成部7から合成信号を受けると、例えば、合成信号を逆離散フーリエ変換することで、合成信号を時間領域の信号に変換する(図4のステップST7)。
逆変換部8は、時間領域の信号を画像再生部9に出力する。
画像再生部9は、逆変換部8から時間領域の信号を受けると、時間領域の信号からSAR画像を再生する(図4のステップST8)。
時間領域の信号からSAR画像を再生する処理自体は、公知の技術であるため詳細な説明を省略する。
Upon receiving the combined signal from the signal combining unit 7, the inverse transform unit 8 transforms the combined signal into a signal in the time domain by, for example, performing an inverse discrete Fourier transform of the combined signal (step ST7 in FIG. 4).
The inverse conversion unit 8 outputs the time domain signal to the image reproduction unit 9.
When the image reproduction unit 9 receives the time domain signal from the inverse conversion unit 8, the image reproduction unit 9 reproduces the SAR image from the time domain signal (step ST8 in FIG. 4).
The processing itself for reproducing the SAR image from the signal in the time domain is a well-known technique, and thus detailed description thereof is omitted.

以下、複数の受信パルスを含んでいる時間領域でのビームの位相の実部の波形と、複数の受信パルスを含んでいるドップラー周波数領域でのビームの強度とについて説明する。
図14は、複数の開口から不等時間間隔で送信パルスが繰り返し放射されたのち、それぞれの送信パルスが1つの目標に反射されて、複数の開口のそれぞれで複数の受信パルスが受信されたときに、いずれか1つの開口で受信された複数の受信パルスを含んでいる受信信号の位相の一例を示す説明図である。図14において、複数の「×」は、それぞれサンプリング点における受信パルスを示している。
図中、楕円で囲まれている複数の受信パルスは、楕円で囲まれていない複数の受信パルスと比べて、ドップラー周波数が高い受信パルスである。
それぞれの開口で受信される受信パルスのドップラー帯域幅よりも、観測時のPRFの帯域幅が狭い場合、受信パルスのドップラー周波数領域では、信号の折り返しであるアンビギュイティが生じる。
The waveform of the real part of the phase of the beam in the time domain including a plurality of received pulses and the intensity of the beam in the Doppler frequency region including a plurality of received pulses will be described below.
FIG. 14 shows the case where the transmission pulses are repeatedly radiated from the plurality of apertures at unequal time intervals, each transmission pulse is reflected by one target, and the plurality of reception pulses are received by each of the plurality of apertures. FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of a phase of a reception signal including a plurality of reception pulses received by any one aperture. In FIG. 14, a plurality of “x” indicate received pulses at sampling points.
In the figure, the plurality of reception pulses surrounded by ellipses are reception pulses having a higher Doppler frequency than the plurality of reception pulses not surrounded by ellipses.
When the PRF bandwidth at the time of observation is narrower than the Doppler bandwidth of the reception pulse received at each aperture, ambiguity that is signal folding occurs in the Doppler frequency region of the reception pulse.

図18は、図14に示すビームにおけるドップラー周波数領域の信号を示す説明図である。
図18より、それぞれの開口で受信される受信パルスのドップラー帯域幅よりも、観測時のPRFの帯域幅が狭い場合、アンビギュイティが生じることが分かる。
図18に示すドップラー周波数領域の信号は、図14に示すビームに含まれている複数の受信パルスに対する時間間隔の等間隔化処理と、等間隔化処理後のビームに対する離散フーリエ変換処理とを実施することで得られる。
FIG. 18 is an explanatory diagram showing signals in the Doppler frequency domain in the beam shown in FIG.
From FIG. 18, it can be seen that ambiguity occurs when the PRF bandwidth at the time of observation is narrower than the Doppler bandwidth of the received pulse received at each aperture.
The signal in the Doppler frequency domain shown in FIG. 18 is subjected to equalization processing of time intervals for a plurality of reception pulses included in the beam shown in FIG. 14 and discrete Fourier transform processing for the beam after the equalization processing. It is obtained by doing.

図15は、ビーム形成部3によって、複数の開口で受信された受信パルスから形成されたビームの位相の一例を示す説明図である。図15において、複数の「×」は、それぞれサンプリング点における受信パルスを示している。
図15の例では、ビーム形成部3によって、指向方向が互いに異なる3つのビームが形成されている。図中、楕円で囲まれている複数の受信パルスは、楕円で囲まれていない複数の受信パルスと比べて、ドップラー周波数が高い受信パルスである。楕円で囲まれていない複数の受信パルスは、図15の中央の図に記載されている複数の受信パルスのほか、図15における一番左側の図において、楕円で囲まれている複数の受信パルスよりも、アジマス時刻が早い側の複数の受信パルスも含まれる。また、楕円で囲まれていない複数の受信パルスは、図15における一番右側の図において、楕円で囲まれている複数の受信パルスよりも、アジマス時刻が遅い側の複数の受信パルスも含まれる。
FIG. 15 is an explanatory diagram showing an example of the phases of the beams formed from the reception pulses received by the beam forming unit 3 through the plurality of apertures. In FIG. 15, a plurality of "x" s indicate received pulses at sampling points.
In the example of FIG. 15, the beam forming unit 3 forms three beams having different directing directions. In the figure, the plurality of reception pulses surrounded by ellipses are reception pulses having a higher Doppler frequency than the plurality of reception pulses not surrounded by ellipses. The plurality of received pulses not enclosed by an ellipse include the plurality of received pulses described in the central diagram of FIG. 15 and the plurality of received pulses enclosed by an ellipse in the leftmost diagram of FIG. Also, a plurality of reception pulses on the side with earlier azimuth time are included. Further, the plurality of reception pulses not enclosed by the ellipse also include the plurality of reception pulses on the side of which the azimuth time is later than the plurality of reception pulses enclosed by the ellipse in the rightmost diagram in FIG. .

図19は、ビーム形成部3により形成された図15に示すビームにおけるドップラー周波数領域の信号を示す説明図である。
図19の例では、3つのドップラー周波数領域の信号が表記されている。3つのドップラー周波数領域の信号は、それぞれ図15に示す3つのビームと対応している。それぞれのドップラー周波数領域の信号は、図15に示すそれぞれのビームに含まれている複数の受信パルスに対する時間間隔の等間隔化処理と、等間隔化処理後のビームに対する離散フーリエ変換処理とを実施することで得られる。
ビーム形成部3により形成されたビームのドップラー帯域幅は、アンテナ部1が有する開口の数に応じた値となる。ビーム形成部3により形成されたビームのドップラー帯域幅が、観測時のPRFの帯域幅よりも狭くなるように設計すれば、ビーム形成部3によりビームが形成される前にドップラー周波数領域で生じていたアンビギュイティがビーム形成部3によって解消される。ビーム形成部3は、観測時のPRFの帯域幅よりも広いドップラー周波数の範囲に、ビームを形成することが可能である。
FIG. 19 is an explanatory diagram showing signals in the Doppler frequency region in the beam shown in FIG. 15 formed by the beam forming unit 3.
In the example of FIG. 19, three Doppler frequency domain signals are shown. The signals in the three Doppler frequency regions correspond to the three beams shown in FIG. 15, respectively. Each Doppler frequency domain signal is subjected to time interval equalization processing for a plurality of reception pulses included in each beam shown in FIG. 15 and discrete Fourier transform processing for the beam after the equal interval processing. It is obtained by doing.
The Doppler bandwidth of the beam formed by the beam forming unit 3 has a value according to the number of apertures included in the antenna unit 1. If the Doppler bandwidth of the beam formed by the beam forming unit 3 is designed to be narrower than the bandwidth of the PRF at the time of observation, it occurs in the Doppler frequency region before the beam is formed by the beam forming unit 3. The ambiguity is eliminated by the beam forming unit 3. The beam forming unit 3 can form a beam in a Doppler frequency range wider than the PRF bandwidth at the time of observation.

図16は、周波数低減部4によって、ドップラー周波数が低減されたビームの位相の一例を示す説明図である。図16において、複数の「×」は、それぞれサンプリング点における受信パルスを示している。
図16の例では、周波数低減部4によって、図15に示す3つのビームのドップラー周波数の中心周波数のそれぞれが0Hzにシフトされることで、ドップラー周波数が低減されている。
周波数低減部4が、ドップラー周波数を低減することで、ビームの位相回転速度が、ドップラー周波数の低減前よりも遅くなる。したがって、ドップラー周波数の低減前と比べて、等間隔化部5による複数の受信パルスの等間隔化の精度が向上する。
FIG. 16 is an explanatory diagram showing an example of the phase of the beam whose Doppler frequency has been reduced by the frequency reduction unit 4. In FIG. 16, a plurality of “x” indicate received pulses at sampling points.
In the example of FIG. 16, each of the center frequencies of the Doppler frequencies of the three beams shown in FIG. 15 is shifted to 0 Hz by the frequency reduction unit 4, so that the Doppler frequency is reduced.
Since the frequency reduction unit 4 reduces the Doppler frequency, the phase rotation speed of the beam becomes slower than before the reduction of the Doppler frequency. Therefore, as compared with before the reduction of the Doppler frequency, the accuracy of equalization of the plurality of received pulses by the equalization unit 5 is improved.

図20は、周波数低減部4によりドップラー周波数が低減された図16に示すビームにおけるドップラー周波数領域の信号を示す説明図である。
図20の例では、3つのドップラー周波数領域の信号が表記されている。3つのドップラー周波数領域の信号は、それぞれ図16に示す3つのビームと対応している。それぞれのドップラー周波数領域の信号は、図16に示すそれぞれのビームに含まれている複数の受信パルスに対する時間間隔の等間隔化処理と、等間隔化処理後のビームに対する離散フーリエ変換処理とを実施することで得られる。
周波数低減部4によって、それぞれのビームのドップラー周波数の中心周波数fが0Hzにシフトされている。
FIG. 20 is an explanatory diagram showing signals in the Doppler frequency region in the beam shown in FIG. 16 in which the Doppler frequency has been reduced by the frequency reduction unit 4.
In the example of FIG. 20, three Doppler frequency domain signals are shown. The signals in the three Doppler frequency regions correspond to the three beams shown in FIG. 16, respectively. Each Doppler frequency domain signal is subjected to equalization processing of time intervals for a plurality of reception pulses included in each beam shown in FIG. 16 and discrete Fourier transform processing for the beam after the equalization processing. It is obtained by doing.
The center frequency f k of the Doppler frequency of each beam is shifted to 0 Hz by the frequency reduction unit 4.

図17は、信号合成部7から出力された合成信号が逆変換部8によって時間領域に変換された信号の一例を示す説明図である。
図17の例では、逆変換部8によって、図21に示す合成信号が時間領域に変換された信号に含まれている複数の受信パルスを示している。図中、複数の「◇」は、それぞれサンプリング点における受信パルスを示している。
時間領域の信号に含まれている複数の受信パルスの時間間隔は、等間隔化されている。
FIG. 17 is an explanatory diagram showing an example of a signal obtained by transforming the synthesized signal output from the signal synthesis unit 7 into the time domain by the inverse transformation unit 8.
In the example of FIG. 17, a plurality of received pulses included in the signal obtained by converting the combined signal shown in FIG. 21 into the time domain by the inverse transformation unit 8 are shown. In the figure, a plurality of “⋄” indicate received pulses at sampling points.
The time intervals of the plurality of reception pulses included in the signal in the time domain are equalized.

図21は、信号合成部7による合成信号を示す説明図である。
信号合成部7によって、図20における図中左側のドップラー周波数領域の信号のドップラー周波数と、図20における図中右側のドップラー周波数領域の信号のドップラー周波数とのそれぞれが、周波数低減部4により低減される前のドップラー周波数に戻される(図19を参照)。
図21の例では、信号合成部7によって、ドップラー周波数が戻された2つのドップラー周波数領域の信号と、図20における図中中央のドップラー周波数領域の信号とが合成されたドップラー周波数領域の信号を表記している。
ドップラー周波数領域では、アンビギュイティが解消されており、合成されたドップラー周波数領域の信号のドップラー帯域幅が、それぞれの開口で受信される受信パルスのドップラー帯域幅と概ね同じになる。
また、合成されたドップラー周波数領域の信号のドップラー帯域幅は、アンビギュイティが解消されている分だけ、図18に示すドップラー周波数領域の信号のドップラー帯域幅よりも広くなっている。
したがって、画像再生部9により再生されるSAR画像は、折り返しがない高分解能な画像となる。
FIG. 21 is an explanatory diagram showing a combined signal by the signal combining unit 7.
The signal combining unit 7 reduces the Doppler frequency of the signal in the Doppler frequency region on the left side of the drawing in FIG. 20 and the Doppler frequency of the signal in the Doppler frequency region on the right side of the drawing in FIG. 20 by the frequency reducing unit 4. To the Doppler frequency before resetting (see FIG. 19).
In the example of FIG. 21, a signal in the Doppler frequency domain in which the signal in the Doppler frequency domain in which the Doppler frequency is returned and the signal in the central Doppler frequency domain in FIG. It is written.
In the Doppler frequency domain, the ambiguity is eliminated, and the Doppler bandwidth of the combined Doppler frequency domain signal becomes approximately the same as the Doppler bandwidth of the received pulse received at each aperture.
Further, the Doppler bandwidth of the synthesized signal in the Doppler frequency domain is wider than the Doppler bandwidth of the signal in the Doppler frequency domain shown in FIG. 18 because the ambiguity is eliminated.
Therefore, the SAR image reproduced by the image reproducing unit 9 is a high-resolution image with no aliasing.

以上の実施の形態1は、アジマス方向に複数の開口を有しているアンテナ部1における複数の開口のそれぞれから送信パルスが不等時間間隔で繰り返し放射されることで、目標に反射された送信パルスが受信パルスとして、複数の開口のそれぞれで受信されると、複数の開口のそれぞれで受信された受信パルスを用いて、複数のビームを形成するビーム形成部3を備えるように、レーダ信号処理装置を構成した。また、レーダ信号処理装置は、ビーム形成部3により形成された複数のビームのそれぞれに含まれている複数の受信パルスの時間間隔を等間隔化する等間隔化部5と、等間隔化部5により時間間隔が等間隔化された複数の受信パルスを含んでいるそれぞれのビームをドップラー周波数領域の信号に変換し、複数のドップラー周波数領域の信号を出力する変換部6とを備えている、さらに、レーダ信号処理装置は、変換部6から出力された複数のドップラー周波数領域の信号を合成し、複数のドップラー周波数領域の信号の合成信号を出力する信号合成部7と、信号合成部7から出力された合成信号を時間領域の信号に変換する逆変換部8とを備えている。したがって、レーダ信号処理装置は、アジマス方向に複数の開口を有するSARにおいて、送信パルスを等しい時間間隔で繰り返し放射する場合よりも、SAR画像の広域観測化に寄与することができる。   In the first embodiment, the transmission pulse reflected from the target is generated by repeatedly radiating the transmission pulse from each of the plurality of openings in the antenna unit 1 having the plurality of openings in the azimuth direction at unequal time intervals. When a pulse is received as a received pulse at each of the plurality of apertures, the received signal received at each of the plurality of apertures is used to provide a beam forming unit 3 that forms a plurality of beams. Configured the device. In addition, the radar signal processing device includes an equal interval unit 5 that equalizes the time intervals of a plurality of received pulses included in each of the plurality of beams formed by the beam forming unit 3, and an equal interval unit 5. And a conversion unit 6 that converts each beam including a plurality of received pulses whose time intervals are made equal to each other into a signal in the Doppler frequency domain and outputs the signals in the Doppler frequency domain, The radar signal processing device synthesizes a plurality of signals in the Doppler frequency domain output from the conversion unit 6, and outputs a synthesized signal of a plurality of signals in the Doppler frequency domain, and outputs from the signal synthesis unit 7. And an inverse transform unit 8 for transforming the synthesized signal thus generated into a signal in the time domain. Therefore, the radar signal processing device can contribute to wide area observation of the SAR image as compared with the case where the transmission pulse is repeatedly emitted at equal time intervals in the SAR having a plurality of openings in the azimuth direction.

また、実施の形態1は、アジマス方向及びエレベーション方向のそれぞれに複数の開口を有しており、複数の開口のそれぞれから送信パルスを不等時間間隔で繰り返し放射し、目標に反射された送信パルスを受信パルスとして、複数の開口のそれぞれで受信するアンテナ部1を備えるように、レーダ信号処理装置を構成した。したがって、レーダ信号処理装置は、アジマス方向のみに複数の開口を有しているアンテナ部を備える場合よりも、さらに、SAR画像の広域観測化を実現することができる。   Further, the first embodiment has a plurality of openings in each of the azimuth direction and the elevation direction, and the transmission pulse is repeatedly emitted from each of the plurality of openings at unequal time intervals, and the transmission pulse reflected by the target is transmitted. The radar signal processing device is configured to include the antenna unit 1 that receives a pulse as a reception pulse at each of the plurality of apertures. Therefore, the radar signal processing device can further realize wide area observation of the SAR image as compared with the case where the radar signal processing device includes an antenna unit having a plurality of openings only in the azimuth direction.

実施の形態2.
実施の形態1のレーダ信号処理装置では、周波数低減部4が、ビームのドップラー周波数の中心周波数が0Hzで観測されるように、ドップラー周波数の中心周波数を低減している。
実施の形態2では、周波数低減部4が、アジマス時刻の経過に伴う複数のビームにおけるそれぞれの中心周波数の変化を解消することで、複数のビームにおけるそれぞれのドップラー周波数を低減するレーダ信号処理装置について説明する。
実施の形態2に係るレーダ信号処理装置の構成は、実施の形態1に係るレーダ信号処理装置と同様に、図1である。
Embodiment 2.
In the radar signal processing device of the first embodiment, the frequency reduction unit 4 reduces the center frequency of the Doppler frequency so that the center frequency of the Doppler frequency of the beam is observed at 0 Hz.
In the second embodiment, the radar signal processing device in which the frequency reducing unit 4 reduces the respective Doppler frequencies in the plurality of beams by eliminating the change in the center frequencies of the plurality of beams with the passage of the azimuth time is described. explain.
The configuration of the radar signal processing device according to the second embodiment is the same as that of the radar signal processing device according to the first embodiment, as shown in FIG.

スポットライト観測又はスライディングスポットライト観測のように、観測中にビームを走査する観測では、ビーム指向方向のドップラー周波数fを0Hzにシフトさせる方法以外の方法でも、ビームのドップラー周波数を低減することが可能である。
スポットライト観測又はスライディングスポットライト観測の場合、移動しながら、送信パルスの放射方向を変えるビーム走査を行うことで、送信パルスを同一の領域に照射する。したがって、ビーム形成時のビーム指向方向をアジマス時刻の経過に伴って変化させても良い。この場合、ビーム形成されたビームの中心周波数は、図22に示すように、アジマス時刻の経過に伴って変化する。
In the observation of scanning the beam during observation such as spotlight observation or sliding spotlight observation, the Doppler frequency of the beam can be reduced by a method other than the method of shifting the Doppler frequency f k in the beam pointing direction to 0 Hz. It is possible.
In the case of spotlight observation or sliding spotlight observation, the same area is irradiated with the transmission pulse by performing beam scanning that changes the radiation direction of the transmission pulse while moving. Therefore, the beam pointing direction at the time of beam formation may be changed as the azimuth time elapses. In this case, the center frequency of the beam formed into a beam changes as the azimuth time elapses, as shown in FIG.

図22は、周波数低減部4によるビームのドップラー周波数の低減処理を示す説明図である。
周波数低減部4によりドップラー周波数が低減される前のビームは、アジマス時刻の経過に伴って、中心周波数に変化が生じている。
周波数低減部4は、アジマス時刻の経過に伴うビームの中心周波数の変化を解消することで、ビームのドップラー周波数を低減する。
ビームの中心周波数の変化を解消することによるドップラー周波数の低減処理は、以下の式(4)のように表される。

Figure 0006687297
式(4)において、fは、ビーム指向方向のドップラー周波数のうち、アジマス時刻に伴った変化をしない定数成分、Rrc(η)は、アンテナ部1から放射されたビームの回転中心と、アンテナ部1が有している全ての開口との距離である。FIG. 22 is an explanatory diagram showing a beam Doppler frequency reduction process by the frequency reduction unit 4.
The center frequency of the beam before the Doppler frequency is reduced by the frequency reduction unit 4 changes as the azimuth time elapses.
The frequency reduction unit 4 reduces the Doppler frequency of the beam by eliminating the change in the center frequency of the beam with the passage of the azimuth time.
The Doppler frequency reduction processing by eliminating the change in the center frequency of the beam is expressed by the following equation (4).
Figure 0006687297
In Expression (4), f k is a constant component of the Doppler frequency in the beam pointing direction that does not change with azimuth time, R rc (η) is the rotation center of the beam radiated from the antenna unit 1, It is the distance from all the openings of the antenna unit 1.

実施の形態2では、周波数低減部4が、アジマス時刻の経過に伴う複数のビームにおけるそれぞれの中心周波数の変化を解消することで、複数のビームにおけるそれぞれのドップラー周波数を低減している。しかし、これは一例に過ぎず、周波数低減部4が、図23に示すように、ビームの指向方向のドップラー周波数fが0Hzで観測されるように、ビームの指向方向のドップラー周波数fを低減する処理と、ビームの中心周波数の変化を解消する処理との双方を実行するようにしてもよい。
図23は、周波数低減部4によるビームのドップラー周波数の低減処理を示す説明図である。
In the second embodiment, the frequency reduction unit 4 reduces the Doppler frequencies of the plurality of beams by eliminating the change in the center frequency of the plurality of beams with the passage of the azimuth time. However, this is merely an example, and the frequency reduction unit 4 determines the Doppler frequency f k in the beam pointing direction so that the Doppler frequency f k in the beam pointing direction is observed at 0 Hz as shown in FIG. Both the reduction processing and the processing for eliminating the change in the center frequency of the beam may be executed.
FIG. 23 is an explanatory diagram showing the processing for reducing the Doppler frequency of the beam by the frequency reducing unit 4.

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 invention of the present application, it is possible to freely combine the respective embodiments, modify any of the constituent elements of each of the embodiments, or omit any of the constituent elements of each of the embodiments within the scope of the invention. .

この発明は、アンテナ部における複数の開口のそれぞれで受信された受信パルスを用いて、複数のビームを形成するレーダ信号処理装置及びレーダ信号処理方法に適している。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is suitable for a radar signal processing device and a radar signal processing method for forming a plurality of beams by using received pulses received by a plurality of apertures in an antenna section.

1 アンテナ部、2 信号処理部、3 ビーム形成部、4 周波数低減部、5 等間隔化部、6 変換部、7 信号合成部、8 逆変換部、9 画像再生部、11 ビーム形成回路、12 周波数低減回路、13 等間隔化回路、14 変換回路、15 信号合成回路、16 逆変換回路、17 画像再生回路、21 メモリ、22 プロセッサ。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 antenna section, 2 signal processing section, 3 beam forming section, 4 frequency reducing section, 5 equal spacing section, 6 converting section, 7 signal combining section, 8 inverse converting section, 9 image reproducing section, 11 beam forming circuit, 12 Frequency reduction circuit, 13 equal spacing circuit, 14 conversion circuit, 15 signal synthesis circuit, 16 inverse conversion circuit, 17 image reproduction circuit, 21 memory, 22 processor.

Claims (6)

アジマス方向に複数の開口を有しているアンテナ部における前記複数の開口のそれぞれから送信パルスが不等時間間隔で繰り返し放射され、当該不等時間間隔で繰り返し放射された送信パルスが目標に反射され、当該反射された送信パルス前記複数の開口のそれぞれで受信された受信パルスを用いて、複数のビームを形成するビーム形成部と、
前記ビーム形成部により形成された複数のビームにおけるそれぞれのドップラー周波数を低減する周波数低減部と、
前記周波数低減部によりドップラー周波数が低減された複数のビームのそれぞれに含まれている複数の受信パルスの時間間隔を等間隔化した後、時間間隔を等間隔化した複数の受信パルスを含んでいる複数のビームにおけるそれぞれのドップラー周波数を、前記周波数低減部により低減される前のドップラー周波数に戻し、ドップラー周波数を戻した複数のビームを出力する等間隔化部と、
前記等間隔化部により出力された複数のビームそれぞれのビームをドップラー周波数領域の信号に変換し、複数のドップラー周波数領域の信号を出力する変換部と、
前記変換部から出力された複数のドップラー周波数領域の信号を合成し、前記複数のドップラー周波数領域の信号の合成信号を出力する信号合成部と、
前記信号合成部から出力された合成信号を時間領域の信号に変換する逆変換部と、
を備えたレーダ信号処理装置。
Transmission pulses are repeatedly emitted at unequal time intervals from each of the plurality of apertures in the antenna section having a plurality of apertures in the azimuth direction, and the transmission pulses repeatedly emitted at the unequal time intervals are reflected to the target. the transmission pulse the reflected using the received pulses received by each of the plurality of openings, and a beam forming unit for forming a plurality of beams,
A frequency reduction unit that reduces each Doppler frequency in the plurality of beams formed by the beam forming unit,
After equalizing the time intervals of the plurality of reception pulses included in each of the plurality of beams whose Doppler frequency has been reduced by the frequency reducing unit, the plurality of reception pulses including the time intervals being equal intervals are included. Each Doppler frequency in the plurality of beams is returned to the Doppler frequency before being reduced by the frequency reducing unit, and an equal spacing unit that outputs a plurality of beams with the returned Doppler frequency ,
Converting each of the plurality of beams output by the equalizing section to a signal in the Doppler frequency domain, a conversion section that outputs a signal in the multiple Doppler frequency domain,
A signal synthesizing unit that synthesizes a plurality of Doppler frequency domain signals output from the converting unit and outputs a synthesized signal of the plurality of Doppler frequency domain signals,
An inverse transform unit that transforms the synthesized signal output from the signal synthesis unit into a signal in the time domain,
Signal processing device including the.
アジマス方向及びエレベーション方向のそれぞれに複数の開口を有しており、前記複数の開口のそれぞれから送信パルスを不等時間間隔で繰り返し放射し、前記目標に反射された前記送信パルスを受信パルスとして、前記複数の開口のそれぞれで受信するアンテナ部を備えたことを特徴とする請求項1記載のレーダ信号処理装置。   Having a plurality of apertures in each of the azimuth direction and the elevation direction, repeatedly radiating a transmission pulse from each of the plurality of apertures at unequal time intervals, and using the transmission pulse reflected by the target as a reception pulse. The radar signal processing device according to claim 1, further comprising: an antenna unit for receiving at each of the plurality of openings. 前記時間領域の信号から画像を再生する画像再生部を備えたことを特徴とする請求項1または請求項2記載のレーダ信号処理装置。 The radar signal processing device according to claim 1 or 2, further comprising an image reproducing unit that reproduces an image from the signal in the time domain. 前記周波数低減部は、前記ビーム形成部により形成された複数のビームにおけるそれぞれの中心周波数をシフトすることで、前記複数のビームにおけるそれぞれのドップラー周波数を低減することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載のレーダ信号処理装置。 Wherein the frequency reduction unit, said by shifting the respective center frequencies of the plurality of beams formed by the beam forming unit, wherein the claim 1, characterized in that to reduce the respective Doppler frequencies in the plurality of beams Item 4. The radar signal processing device according to any one of Items 3 . 前記周波数低減部は、前記ビーム形成部により形成された複数のビームにおけるそれぞれの中心周波数がアジマス時刻の経過に伴って変化していれば、アジマス時刻の経過に伴うそれぞれの中心周波数の変化を解消することで、前記複数のビームにおけるそれぞれのドップラー周波数を低減することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載のレーダ信号処理装置。 If the center frequencies of the plurality of beams formed by the beam forming unit change with the passage of the azimuth time, the frequency reduction unit eliminates the change of the center frequencies with the passage of the azimuth time. The radar signal processing device according to any one of claims 1 to 3 , wherein each of the plurality of beams reduces the Doppler frequency. ビーム形成部が、アジマス方向に複数の開口を有しているアンテナ部における前記複数の開口のそれぞれから送信パルスが不等時間間隔で繰り返し放射され、目標に反射された前記送信パルスが受信パルスとして、前記複数の開口のそれぞれで受信されると、前記複数の開口のそれぞれで受信された受信パルスを用いて、複数のビームを形成し、
周波数低減部が、前記ビーム形成部により形成された複数のビームにおけるそれぞれのドップラー周波数を低減し、
等間隔化部が、前記周波数低減部によりドップラー周波数が低減された複数のビームのそれぞれに含まれている複数の受信パルスの時間間隔を等間隔化したのち、時間間隔を等間隔化した複数の受信パルスを含んでいる複数のビームにおけるそれぞれのドップラー周波数を、前記周波数低減部により低減される前のドップラー周波数に戻し、ドップラー周波数を戻した複数のビームを出力し、
変換部が、前記等間隔化部により出力された複数のビームそれぞれのビームをドップラー周波数領域の信号に変換して、複数のドップラー周波数領域の信号を出力し、
信号合成部が、前記変換部から出力された複数のドップラー周波数領域の信号を合成して、前記複数のドップラー周波数領域の信号の合成信号を出力し、
逆変換部が、前記信号合成部から出力された合成信号を時間領域の信号に変換する
レーダ信号処理方法。
The beam forming unit has a plurality of apertures in the azimuth direction, and the transmit pulses are repeatedly emitted from the plurality of apertures in the antenna unit at unequal time intervals, and the transmit pulse reflected by the target is the receive pulse. As, when received at each of the plurality of apertures, using the received pulse received at each of the plurality of apertures, forming a plurality of beams,
The frequency reduction unit reduces each Doppler frequency in the plurality of beams formed by the beam forming unit,
The equalization unit equalizes the time intervals of the plurality of reception pulses included in each of the plurality of beams whose Doppler frequency has been reduced by the frequency reduction unit , and then equalizes the time intervals. Each Doppler frequency in the plurality of beams containing the received pulse, returned to the Doppler frequency before being reduced by the frequency reduction unit, and outputs a plurality of beams that returned the Doppler frequency,
The conversion unit converts each of the plurality of beams output by the equalization unit to a signal in the Doppler frequency domain, and outputs a signal in the multiple Doppler frequency domain,
The signal combining unit combines the signals of the plurality of Doppler frequency regions output from the conversion unit, and outputs a combined signal of the signals of the plurality of Doppler frequency regions,
A radar signal processing method, wherein an inverse transforming unit transforms the combined signal output from the signal combining unit into a signal in the time domain.
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