JP6735632B2 - Signal processing device, signal processing method, and signal processing program - Google Patents
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Description
本発明は、合成開口レーダ装置において複数の中心周波数を持つ送信電波を用いて観測を行う技術に関するものである。 The present invention relates to a technique for observing a synthetic aperture radar device by using transmission radio waves having a plurality of center frequencies.
合成開口レーダ装置を用いたデータ取得（観測）において、高分解能と画質の維持及び観測幅の拡大（広域化）を行うために、アンテナを分割し観測を行う方法が考案されている（例えば、非特許文献１）。また、広域観測時においても画質の維持を図る技術として、アンテナの分割による送信電力の低下を抑制するために、送信信号の周波数帯域をいくつかの帯域幅に分割（帯域分割という）し、送信電力を有効に活用する技術が考案されている（例えば、非特許文献２）。 In data acquisition (observation) using a synthetic aperture radar device, in order to maintain high resolution and image quality and widen the observation width (wider area), a method of dividing an antenna and performing observation has been devised (for example, Non-Patent Document 1). In addition, as a technique for maintaining image quality even when observing a wide area, the frequency band of the transmission signal is divided into several bandwidths (called band division) in order to suppress the decrease in transmission power due to division of the antenna. A technique for effectively utilizing electric power has been devised (for example, Non-Patent Document 2).
分割された送信アンテナと受信アンテナを有する合成開口レーダ装置での観測においては、送信時・受信時のアンテナの位置に応じて、受信される電波の位相中心が異なり、レーダの進行方向（アジマス方向）におけるサンプリング位置が異なる（不等間隔サンプリングという）。サンプリング位置とは、受信信号の受信時点における合成開口レーダ装置のアジマス方向の位置である。
図３は、複数の送信アンテナと複数の受信アンテナを備える合成開口レーダ装置における不等間隔サンプリングの例を示す。図３は送信アンテナが２つ、受信アンテナが２つの合成開口レーダ装置における不等間隔サンプリングの例を示す。図３において、Ｔ１及びＴ２はそれぞれ送信アンテナを示す。Ｒ１及びＲ２はそれぞれ受信アンテナを示す。送信アンテナＴ１は、中心周波数がｆ１の送信信号を送信する。送信アンテナＴ２は、中心周波数がｆ２の送信信号を送信する。送信アンテナＴ１及び送信アンテナＴ２は、中心周波数ｆ１及びｆ２の送信信号を同時に繰り返し送信する。受信アンテナＲ１は、中心周波数がｆ１の送信信号の反射波及び中心周波数がｆ２の送信信号の反射波を受信信号として受信する。受信アンテナＲ２も同様に、中心周波数がｆ１の送信信号の反射波及び中心周波数がｆ２の送信信号の反射波を受信信号として受信する。
図３に示すように、従来の技術では、同じ中心周波数の受信信号の間において、サンプリング位置の間隔が不等間隔になっている（不等間隔サンプリング）。
When observing with a synthetic aperture radar system that has a divided transmitting antenna and receiving antenna, the phase center of the received radio wave differs depending on the position of the antenna during transmission and reception, and the radar's traveling direction (azimuth direction) ) Different sampling positions (called non-uniform sampling). The sampling position is the position in the azimuth direction of the synthetic aperture radar device at the time of reception of the received signal.
FIG. 3 shows an example of unequal interval sampling in a synthetic aperture radar device having a plurality of transmitting antennas and a plurality of receiving antennas. FIG. 3 shows an example of unequal interval sampling in a synthetic aperture radar device having two transmitting antennas and two receiving antennas. In FIG. 3, T 1 and T 2 each represent a transmitting antenna. R 1 and R 2 each represent a receiving antenna. The transmission antenna T 1 transmits a transmission signal whose center frequency is f 1 . The transmission antenna T 2 transmits a transmission signal whose center frequency is f 2 . The transmission antennas T 1 and T 2 repeatedly and repeatedly transmit the transmission signals having the center frequencies f 1 and f 2 . The reception antenna R 1 receives, as a reception signal, a reflected wave of a transmission signal having a center frequency of f 1 and a reflected wave of a transmission signal having a center frequency of f 2 . Similarly, the receiving antenna R 2 receives the reflected wave of the transmission signal having the center frequency f 1 and the reflected wave of the transmission signal having the center frequency f 2 as the reception signals.
As shown in FIG. 3, in the conventional technique, the sampling positions are arranged at unequal intervals between the reception signals having the same center frequency (unequal interval sampling).
また、帯域分割された信号を合成するためには、全ての送受信パルスにおいてアジマス方向のサンプリング位置が、図４に示すように、等間隔である必要がある。速度ＶＲ、アジマス方向アンテナ長Ｌ及びＮ個開口に分割されたアンテナを有する合成開口レーダ装置が、全てのサンプリング位置において等間隔なサンプリングを行うためは、パルス送信間隔（ＰＲＩ：Ｐｕｌｓｅ Ｒｅｐｅｔｅｔｉｏｎ Ｉｎｔｅｒｖａｌ）は数式（１）に示すとおりに一意の値に厳密に固定する必要がある。なお、数式（１）において、ＶＲは合成開口レーダ装置が搭載されている飛行体の飛行速度である。
ＰＲＩ＝（Ｎ×Ｌ／２）／ＶＲ・・・（１）
ＰＲＩは観測対象領域（観測幅・観測ジオメトリ）及び所望の分解能に応じて適切に設定する必要があるため、ＰＲＩの制約は合成開口レーダ装置のシステム設計において、高分解能化・高画質化・広域化を著しく困難とする。
しかし、帯域分割された信号は等間隔サンプリング時のみ再生処理が可能である。
したがって、複数の送信アンテナと複数の受信アンテナを備える合成開口レーダ装置において、帯域分割を用いた高分解能・高画質・広域な観測を実現するためには不等間隔サンプリングによるデータ取得を許容し、かつ、取得データを等間隔サンプリングされたデータに変換する必要がある。
Further, in order to synthesize the band-divided signals, the sampling positions in the azimuth direction in all the transmission/reception pulses need to be at equal intervals, as shown in FIG. In order for the synthetic aperture radar device having the velocity V R , the azimuth direction antenna length L, and the antenna divided into N apertures to perform sampling at equal intervals at all sampling positions, a pulse transmission interval (PRI: Pulse Repetition Interval) is used. Must be strictly fixed to a unique value as shown in equation (1). Note that in Equation (1), V R is the flight speed of the aircraft to synthetic aperture radar system is mounted.
PRI = (N × L / 2 ) / V R ··· (1)
Since the PRI must be set appropriately according to the observation area (observation width/observation geometry) and the desired resolution, the restrictions on PRI are high resolution, high image quality, and wide area in the system design of the synthetic aperture radar device. To make it extremely difficult.
However, the band-divided signal can be reproduced only when sampling at equal intervals.
Therefore, in a synthetic aperture radar device having a plurality of transmitting antennas and a plurality of receiving antennas, in order to realize high resolution, high image quality, and wide area observation using band division, data acquisition by unequal interval sampling is allowed, At the same time, it is necessary to convert the acquired data into data sampled at equal intervals.
本発明は、以上の事情に鑑みたものであり、任意のＰＲＩにおいても、全ての中心周波数においてアジマス方向のサンプリング位置を等間隔にし、同期させることを主な目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is a main object of the present invention to make sampling positions in the azimuth direction equally spaced and synchronized at all center frequencies in any PRI.
本発明に係る信号処理装置は、
中心周波数が異なる複数の送信信号を交互に繰り返し送信する複数の送信アンテナと前記複数の送信信号の反射波である複数の受信信号を受信する複数の受信アンテナとを備える合成開口レーダ装置が飛行体に搭載されて飛行している際に各受信アンテナが受信した受信信号を取得する信号取得部と、
前記信号取得部により取得された受信信号の信号値を、復元フィルタを用いて、中心周波数ごとに、アジマス方向で等間隔に受信信号が受信されている状態で得られる信号値に変換するとともに、複数の中心周波数のうち基準となる基準中心周波数以外の中心周波数の信号値を、前記基準中心周波数の対応する受信信号の変換後の信号値の受信タイミングと同じ受信タイミングで受信された場合に得られる信号値に補正する信号補正部とを有する。
The signal processing device according to the present invention,
A synthetic aperture radar device including a plurality of transmission antennas that alternately and repeatedly transmits a plurality of transmission signals having different center frequencies and a plurality of reception antennas that receives a plurality of reception signals that are reflected waves of the plurality of transmission signals are flying objects. A signal acquisition unit that acquires the reception signal received by each reception antenna when it is mounted on and is flying,
The signal value of the reception signal acquired by the signal acquisition unit, by using a restoration filter, while converting into a signal value obtained in the state that the reception signal is received at equal intervals in the azimuth direction, Obtain a signal value of a center frequency other than the reference reference center frequency among a plurality of center frequencies when received at the same reception timing as the reception timing of the converted signal value of the reception signal corresponding to the reference center frequency. And a signal correction unit that corrects the signal value.
本発明では、合成開口レーダ装置で受信された受信信号の信号値を、復元フィルタを用いて、中心周波数ごとに、アジマス方向で等間隔に受信信号が受信されている状態で得られる信号値に変換するとともに、複数の中心周波数のうち基準となる基準中心周波数以外の中心周波数の信号値を、基準中心周波数の対応する受信信号の変換後の信号値の受信タイミングと同じ受信タイミングで受信された場合に得られる信号値に補正する。このため、任意のＰＲＩにおいても、全ての中心周波数においてアジマス方向のサンプリング位置を等間隔にし、同期させることができる。 In the present invention, the signal value of the reception signal received by the synthetic aperture radar device is converted into a signal value obtained in a state where the reception signal is received at equal intervals in the azimuth direction for each center frequency by using the restoration filter. While converting, the signal value of the center frequency other than the reference reference center frequency among the plurality of center frequencies is received at the same reception timing as the reception timing of the converted signal value of the reception signal corresponding to the reference center frequency. Correct the signal value obtained in some cases. Therefore, even in any PRI, the sampling positions in the azimuth direction can be arranged at equal intervals and synchronized at all center frequencies.
実施の形態１．
＊＊＊構成の説明＊＊＊
図１は、本実施の形態に係る合成開口レーダ装置１と信号処理装置２の構成例を示す。
***Composition explanation***
FIG. 1 shows a configuration example of a synthetic
合成開口レーダ装置１は、高周波を用いることで所望の領域または所望のターゲットの画像を取得する装置である。
合成開口レーダ装置１は、人工衛星、飛行機といった飛行体に搭載され、飛行体が飛行することによって、上空から所望の領域または所望のターゲットの画像を取得する。
The synthetic
The synthetic
本実施の形態に係る合成開口レーダ装置１は、複数の送信アンテナを備える。
図１では、一例として、合成開口レーダ装置１は、送信アンテナ３ａと送信アンテナ３ｂを備える。
送信アンテナ３ａ及び送信アンテナ３ｂは、それぞれ観測領域または対象に高周波パルス信号（送信信号）を照射する。送信アンテナ３ａと送信アンテナ３ｂは、異なる中心周波数を持つ高周波パルス信号を送信する。本実施の形態では、送信アンテナ３ａは、中心周波数がｆ１［Ｈｚ］の送信信号４ａを送信し、送信アンテナ３ａは、中心周波数がｆ２［Ｈｚ］の送信信号４ｂを送信するものとする。
送信アンテナ３ａと送信アンテナ３ｂは、交互にそれぞれの中心周波数の高周波パルスを繰り返し送信する。
以下では、送信アンテナ３ａと送信アンテナ３ｂを区別する必要がない場合は、両者をまとめて送信アンテナ３という。また、送信信号４ａと送信信号４ｂを区別する必要がない場合は、両者をまとめて送信信号４という。
なお、送信信号４は合成開口レーダ装置１の送受信部から送信アンテナ３を介して送信される。
The synthetic
In FIG. 1, as an example, the synthetic
The transmitting
The transmitting
In the following, when it is not necessary to distinguish between the transmitting
The transmission signal 4 is transmitted from the transmitting/receiving unit of the synthetic
また、合成開口レーダ装置１は、複数の受信アンテナを備える。図１では、一例として、合成開口レーダ装置１は、受信アンテナ５ａ及び受信アンテナ５ｂを備える。
受信アンテナ５ａ及び受信アンテナ５ｂは、それぞれ、観測領域または対象からの送信信号の反射波を受信信号として独立に受信する。
つまり、受信アンテナ５ａは、ｆ１［Ｈｚ］の受信信号とｆ２［Ｈｚ］の受信信号を受信する。また、受信アンテナ５ｂも、ｆ１［Ｈｚ］の受信信号とｆ２［Ｈｚ］の受信信号を受信する。
以下では、受信アンテナ５ａと受信アンテナ５ｂを区別する必要がない場合は、両者をまとめて受信アンテナ５という。
また、受信アンテナ５ａはＲ１とも表記し、受信アンテナ５ｂはＲ２とも表記する。
Further, the synthetic
The receiving
That is, the
In the following, when it is not necessary to distinguish the
The
なお、１つのアンテナを送信アンテナ３ａ及び受信アンテナ５ａに共用することが可能である。同様に、１つのアンテナを送信アンテナ３ｂ及び受信アンテナ５ｂに共用することが可能である。
It is possible to use one antenna for both the transmitting
信号処理装置２は、合成開口レーダ装置１が飛行体に搭載されて飛行している際に受信アンテナ５により受信された受信信号を受信システム７を介して取得し、受信信号に対する信号処理を行う。
信号処理装置２は、図１に示すように、信号帯域分割処理装置８、等間隔サンプリング復元フィルタ装置１０、ドップラ周波数補正処理部１６、帯域合成処理装置１８及びＳＡＲ画像再生処理装置２０で構成される。信号帯域分割処理装置８、等間隔サンプリング復元フィルタ装置１０、ドップラ周波数補正処理部１６、帯域合成処理装置１８及びＳＡＲ画像再生処理装置２０の詳細は後述する。
なお、信号帯域分割処理装置８は信号取得部の例である、また、等間隔サンプリング復元フィルタ装置１０は信号補正部の例である。また、信号帯域分割処理装置８により行われる動作は信号取得ステップの例である。また、等間隔サンプリング復元フィルタ装置１０により行われる動作は信号補正ステップの例である。
The
As shown in FIG. 1, the
The signal band
信号処理装置２は、例えば、図７に示すハードウェア構成を備えるコンピュータである。
記憶装置９０２には、信号帯域分割処理装置８、等間隔サンプリング復元フィルタ装置１０、ドップラ周波数補正処理部１６、帯域合成処理装置１８及びＳＡＲ画像再生処理装置２０の機能を実現するプログラムが記憶されている。
そして、プロセッサ９０１がこれらプログラムを実行して、後述する信号帯域分割処理装置８、等間隔サンプリング復元フィルタ装置１０、ドップラ周波数補正処理部１６、帯域合成処理装置１８及びＳＡＲ画像再生処理装置２０の動作を行う。
図７では、プロセッサ９０１が信号帯域分割処理装置８、等間隔サンプリング復元フィルタ装置１０、ドップラ周波数補正処理部１６、帯域合成処理装置１８及びＳＡＲ画像再生処理装置２０の機能を実現するプログラムを実行している状態を模式的に表している。
The
The
Then, the
In FIG. 7, the
なお、信号処理装置２により行われる動作は、信号処理方法及び信号処理プログラムに相当する。
また、本実施の形態では、信号処理装置２が合成開口レーダ装置１に含まれる構成を示すが、信号処理装置２は、合成開口レーダ装置１に含まれていなくてもよい。すなわち、信号処理装置２は、合成開口レーダ装置１から独立した地上の装置で実現されてもよい。また、信号処理装置２の信号帯域分割処理装置８及び等間隔サンプリング復元フィルタ装置１０のみが合成開口レーダ装置１に含まれ、ドップラ周波数補正処理部１６、帯域合成処理装置１８及びＳＡＲ画像再生処理装置２０は地上の装置で実現される構成でもよい。
The operation performed by the
In addition, in the present embodiment, the
＊＊＊動作の説明＊＊＊
次に、図１に示す信号処理装置２の動作例を説明する。
***Description of operation***
Next, an operation example of the
合成開口レーダ装置１が搭載された飛行体が飛行中に送信アンテナ３により送信された高周波の送信信号は、所望の領域または所望のターゲットで反射し、反射波が受信信号として受信アンテナ５により受信される。
受信アンテナ５により受信された受信信号６ａ及び受信信号６ｂは受信システム７を介して、信号帯域分割処理装置８に入力される。
信号帯域分割処理装置８は、受信信号６ａ及び受信信号６ｂを取得し、受信信号６ａ及び受信信号６ｂを周波数帯域及び受信アンテナ毎に分割して、帯域分割後信号９ａ〜９ｄを得る。
帯域分割後信号９ａは、受信アンテナ５ａ（Ｒ１）が受信した中心周波数がｆ１の受信信号である。帯域分割後信号９ｂは、受信アンテナ５ａ（Ｒ１）が受信した中心周波数がｆ２の受信信号である。帯域分割後信号９ｃは、受信アンテナ５ｂ（Ｒ２）が受信した中心周波数がｆ１の受信信号である。帯域分割後信号９ｄは、受信アンテナ５ｂ（Ｒ２）が受信した中心周波数がｆ２の受信信号である。
帯域分割後信号９ａ〜９ｄは、等間隔サンプリング復元フィルタ装置１０に入力される。
The high-frequency transmission signal transmitted by the transmission antenna 3 during flight of the flying object equipped with the synthetic
The reception signal 6a and the
The signal band
The band-divided
The band-divided
等間隔サンプリング復元フィルタ装置１０は、図２に示すように、チャネル間インバランス補正処理部１１、信号位置補正量算出部１２及び等間隔サンプリング形成処理部１４から構成される。
As shown in FIG. 2, the equidistant sampling
チャネル間インバランス補正処理部１１は、ハードウェアに起因する受信チャネル間の位相のずれを補正する。より具体的には、チャネル間インバランス補正処理部１１は、監視対象の領域またはターゲットと受信アンテナ５ａとの間の伝送路長と、監視対象の領域またはターゲットと受信アンテナ５ｂとの間の伝送路長との差により生じる位相のずれを補正する。
補正後の帯域分割後信号９ａ〜９ｄは、信号位置補正量算出部１２及び等間隔サンプリング形成処理部１４に入力される。
The inter-channel imbalance
The corrected band-divided
信号位置補正量算出部１２は、送信信号間における信号の補正量１３（数式（２））を算出する。また、数式（２）のΔｔは、基準とする中心周波数を送信する開口（送信アンテナ）から、任意の送信開口（送信アンテナ）間の距離に相当する時間であって、数式（３）で表される。なお、ｊは虚数単位である。数式（３）において、ＶＲはセンサの進行速度（飛行体の飛行速度）、Δｘは基準とする送信開口から補正対象の開口までの距離をセンサの進行方向（飛行体の飛行方向）を正として示す量であり、基準とする開口においては０である。図５は、例として送信開口（送信アンテナ）が２つの場合のΔｘを示す。
Ｃ（ｔ）＝ｅ−ｊ２πｆΔｔ・・・（２）
Δｔ＝Δｘ／Ｖ＿Ｒ・・・（３）
このように、信号位置補正量算出部１２は、受信信号の信号値を補正するための補正量１３（補正係数）を、基準となる中心周波数（基準中心周波数）の送信信号を送信する送信アンテナ３と、他の送信アンテナ３との間の距離と飛行体の飛行速度を除算して得られる除算値を用いて算出する。
なお、ここでは、信号位置補正量算出部１２は、送信アンテナ３間の距離を飛行体の飛行速度で除算して得られる除算値を用いて補正量１３を算出しているが、受信アンテナ５間の距離を飛行体の飛行速度で除算して得られる除算値を用いて補正量１３を算出するようにしてもよい。つまり、基準中心周波数の受信信号を受信する受信アンテナ５と他の受信アンテナ５との間の距離を飛行体の飛行速度で除算して得られる除算値を用いて補正量１３を算出してもよい。
The signal position correction
C(t)=e- j2πfΔt (2)
Δt=Δx/V_R (3)
As described above, the signal position correction
Note that, here, the signal position correction
等間隔サンプリング形成処理部１４は、チャネル間インバランス補正処理部１１から出力された帯域分割後信号９ａ〜９ｄに対して、復元フィルタを応用した数式（４）にしたがって、受信信号間のサンプリング位置を補正する。つまり、等間隔サンプリング形成処理部１４は、帯域分割後信号９ａ〜９ｄに対して、中心周波数ごとに、復元フィルタを用いた信号値の変換を行い、更に、信号位置補正量算出部１２により算出された補正量１３を用いて、基準中心周波数以外の中心周波数のサンプリング位置を基準中心周波数のサンプリング位置に一致させる補正する。
復元フィルタの原理及び係る処理については公知の技術であり、説明は省略する。
数式（４）は、中心周波数ｆ１及びｆ２の受信信号を復元フィルタにより、各中心周波数単独の受信信号のサンプリング位置を等間隔とし、さらに、異なる中心周波数間でサンプリング位置を一致させるため、数式（２）に示す補正量によってサンプリング位置のずれを補正することを示している。
Ｕ（ｆ）＝Ｚ（ｆ）Ｈ−１（ｆ）Ｃ（ｔ）・・・（４）
ここで、数式（４）のＺ（ｆ）は、複数の受信チャネル（受信アンテナ５）により取得されたＰＲＦの周期性を持つ受信信号を示し、Ｈ−１（ｆ）はＺ（ｆ）を単一の受信開口により取得された受信信号Ｕ（ｆ）に変換する復元フィルタを表している。
例として中心周波数ｆ１となる信号を基準として、中心周波数ｆ２である信号を補正する場合、中心周波数がｆ１となる信号を送信する開口（送信アンテナ３）はΔｔ＝０であって、基準となる信号に対しては通常の復元フィルタ処理のみが行われる。
The equal-interval sampling
The principle of the restoration filter and the related processing are known techniques, and a description thereof will be omitted.
In Expression (4), the sampling positions of the received signals of the individual center frequencies are set at equal intervals by the restoration filter for the received signals of the central frequencies f 1 and f 2 , and the sampling positions are made to match between the different central frequencies. It shows that the deviation of the sampling position is corrected by the correction amount shown in the equation (2).
U(f)=Z(f)H −1 (f)C(t) (4)
Here, Z(f) in the mathematical expression (4) represents a received signal having PRF periodicity acquired by a plurality of receiving channels (receiving antennas 5), and H −1 (f) represents Z(f). 5 illustrates a reconstruction filter that transforms into a received signal U(f) acquired by a single receiving aperture.
The signal that is central frequency f 1 as the reference as an example, the case of correcting the signal is the center frequency f 2, the opening (transmission antenna 3) for transmitting a signal whose center frequency is f 1 is a Delta] t = 0, Only the normal restoration filter processing is performed on the reference signal.
図６は、例として中心周波数ｆ１を持つ受信信号を基準として中心周波数ｆ２の受信信号を補正する場合を示す。なお、■、●、□、〇のそれぞれの意味は、図３及び図４の凡例に示すとおりである。
図６（ａ）は、等間隔サンプリング形成処理部１４に入力される帯域分割後信号９ａ〜９ｄを示しており、サンプリング位置は不等間隔である。
図６（ｂ）は、中心周波数ｆ１を持つ受信信号と中心周波数ｆ２を持つ受信信号に復元フィルタ処理を行った例を示す。図６（ｂ）では、同一中心周波数では、サンプリング位置は等間隔になっているが、中心周波数ｆ１と中心周波数ｆ２との間ではサンプリング位置が同期していない。つまり、中心周波数ｆ２を持つ受信信号の受信位置をシフトする必要がある。
本実施の形態では、信号位置補正量算出部１２が、中心周波数ｆ２の受信信号のサンプリング位置をシフトさせるための補正量（補正係数）を数式（２）により算出し、等間隔サンプリング形成処理部１４が、中心周波数ｆ２の受信信号に当該補正量を適用して、中心周波数ｆ２の受信信号の信号値を、中心周波数ｆ１の変換後の信号値（図６（ｂ）の信号値）の受信タイミングと同じ受信タイミングで受信された場合に得られる信号値に補正する。この結果、図６（ｃ）に示すように、中心周波数ｆ１の受信信号と中心周波数ｆ２の受信信号がアジマス方向で等間隔に同期して受信されている状態が生成される。具体的には、□が、対応する●と同期し、〇が、対応する■と同期している状態が生成される。このように、信号位置補正量算出部１２は、中心周波数ｆ１のサンプリング位置と中心周波数ｆ２のサンプリング位置とを一致させることができる。
FIG. 6 shows, as an example, a case where the received signal having the center frequency f 2 is corrected with reference to the received signal having the center frequency f 1 . Note that the meanings of ■, ●, □, and ◯ are as shown in the legends of FIGS. 3 and 4.
FIG. 6A shows the band-divided
FIG. 6B shows an example in which the restoration filter processing is performed on the reception signal having the center frequency f 1 and the reception signal having the center frequency f 2 . In FIG. 6B, the sampling positions are equidistant at the same center frequency, but the sampling positions are not synchronized between the center frequency f 1 and the center frequency f 2 . That is, it is necessary to shift the reception position of the reception signal having the center frequency f 2 .
In the present embodiment, the signal position correction
以上のように、等間隔サンプリング復元フィルタ装置１０は、信号帯域分割処理装置８により取得された受信信号の信号値を、復元フィルタを用いて、中心周波数ごとに、アジマス方向で等間隔に受信信号が受信されている状態で得られる信号値に変換するとともに、複数の中心周波数のうち基準となる基準中心周波数以外の中心周波数の信号値を、基準中心周波数の対応する受信信号の変換後の信号値の受信タイミングと同じ受信タイミングで受信された場合に得られる信号値に補正する。等間隔サンプリング復元フィルタ装置１０は、このように、基準中心周波数以外の中心周波数の受信信号の信号値を補正することにより、全ての中心周波数の受信信号がアジマス方向で等間隔に同期して受信されている状態を生成する。補正量（補正係数）は、前述のように、送信アンテナ間の距離及び受信アンテナ間の距離のいずれかと、飛行体の飛行速度とを用いて算出される。より具体的には、等間隔サンプリング復元フィルタ装置１０は、基準中心周波数以外の中心周波数の受信信号の信号値を補正するための補正係数を、基準中心周波数の送信信号を送信する送信アンテナと当該受信信号の中心周波数の送信信号を送信する送信アンテナとの間の距離及び基準中心周波数の受信信号を受信する受信アンテナと当該受信信号を受信する受信アンテナとの間の距離のいずれかと、飛行体の飛行速度とを用いて算出する。
As described above, the equidistant sampling
等間隔サンプリング復元フィルタ装置１０からの出力信号１５ａ及び１５ｂは等間隔サンプリングされた信号であって、中心周波数によらず同一のサンプリング位置となるが、出力信号１５ａ及び１５ｂは中心周波数が異なるため、異なるドップラ周波数を持ち、帯域合成処理のためにはドップラスペクトルの補正が必要であるため、ドップラ周波数補正処理部１６においてチャープＺ変換等の方式により補正を行う。チャープＺ変換については公知の技術であり説明は省略する。
The output signals 15a and 15b from the equal-interval sampling
ドップラ周波数補正処理部１６からの出力信号１７は、帯域合成処理装置１８に入力され、帯域合成処理装置１８によって周波数が合成された信号１９は、ＳＡＲ画像再生処理装置２０により画像データ化される。
The output signal 17 from the Doppler frequency
＊＊＊実施の形態の効果＊＊＊
以上、本実施の形態によれば、任意のＰＲＩにおいても、全ての中心周波数において、アジマス方向のサンプリング位置を等間隔にすることができる。この結果、分割された送受信アンテナを有する合成開口レーダ装置において帯域分割を用いた高画質・高分解能・広域な観測を実現することができる。
***Effects of the embodiment***
As described above, according to the present embodiment, the sampling positions in the azimuth direction can be arranged at equal intervals at all the center frequencies even in any PRI. As a result, it is possible to realize high-quality, high-resolution, wide-area observation using band division in a synthetic aperture radar device having divided transmitting and receiving antennas.
＊＊＊ハードウェア構成の説明＊＊＊
最後に、信号処理装置２のハードウェア構成の補足説明を行う。
図７に示すプロセッサ９０１は、プロセッシングを行うＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）である。
プロセッサ９０１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）等である。
図７に示す記憶装置９０２は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）等である。
*** Explanation of hardware configuration ***
Finally, a supplementary description of the hardware configuration of the
A
The
The
また、記憶装置９０２には、ＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）も記憶されている。
そして、ＯＳの少なくとも一部がプロセッサ９０１により実行される。
プロセッサ９０１はＯＳの少なくとも一部を実行しながら、信号帯域分割処理装置８、等間隔サンプリング復元フィルタ装置１０、ドップラ周波数補正処理部１６、帯域合成処理装置１８及びＳＡＲ画像再生処理装置２０の機能を実現するプログラムを実行する。
プロセッサ９０１がＯＳを実行することで、タスク管理、メモリ管理、ファイル管理、通信制御等が行われる。
また、信号処理装置２は、プロセッサ９０１を代替する複数のプロセッサを備えていてもよい。これら複数のプロセッサは、「部」の機能を実現するプログラムの実行を分担する。それぞれのプロセッサは、プロセッサ９０１と同じように、プロセッシングを行うＩＣである。
また、信号帯域分割処理装置８、等間隔サンプリング復元フィルタ装置１０、ドップラ周波数補正処理部１６、帯域合成処理装置１８及びＳＡＲ画像再生処理装置２０の処理の結果を示す情報やデータや信号値や変数値が、記憶装置９０２、プロセッサ９０１内のレジスタ及びキャッシュメモリの少なくともいずれかに記憶される。
また、信号帯域分割処理装置８、等間隔サンプリング復元フィルタ装置１０、ドップラ周波数補正処理部１６、帯域合成処理装置１８及びＳＡＲ画像再生処理装置２０の機能を実現するプログラムは、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、ブルーレイ（登録商標）ディスク、ＤＶＤ等の可搬記憶媒体に記憶されてもよい。
The
Then, at least part of the OS is executed by the
The
When the
Further, the
Information, data, signal values, and variables indicating the results of the processing of the signal band
Further, the programs for realizing the functions of the signal band
また、信号帯域分割処理装置８、等間隔サンプリング復元フィルタ装置１０、ドップラ周波数補正処理部１６、帯域合成処理装置１８及びＳＡＲ画像再生処理装置２０の「部」を、「回路」又は「工程」又は「手順」又は「処理」に読み替えてもよい。
また、信号処理装置２は、ロジックＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＧＡ（Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）といった電子回路により実現されてもよい。
この場合は、信号帯域分割処理装置８、等間隔サンプリング復元フィルタ装置１０、ドップラ周波数補正処理部１６、帯域合成処理装置１８及びＳＡＲ画像再生処理装置２０は、それぞれ電子回路の一部として実現される。
なお、プロセッサ及び上記の電子回路を総称してプロセッシングサーキットリーともいう。
In addition, the “unit” of the signal band
Further, the
In this case, the signal band
The processor and the electronic circuits described above are also collectively referred to as a processing circuit.
１ 合成開口レーダ装置、２ 信号処理装置、３ａ 送信アンテナ、３ｂ 送信アンテナ、４ａ 送信信号、４ｂ 送信信号、５ａ 受信アンテナ、５ｂ 受信アンテナ、６ａ 受信信号、６ｂ 受信信号、７ 受信システム、８ 信号帯域分割処理装置、９ａ 帯域分割後信号、９ｂ 帯域分割後信号、９ｃ 帯域分割後信号、９ｄ 帯域分割後信号、１０ 等間隔サンプリング復元フィルタ装置、１１ チャネル間インバランス補正処理部、１２ 信号位置補正量算出部、１３ａ 補正量（ｆ１に対する補正量）、１３ｂ 補正量（ｆ２に対する補正量）、１４ 等間隔サンプリング形成処理部、１５ａ 等間隔サンプリング形成処理部からの出力信号（中心周波数ｆ１）、１５ｂ 等間隔サンプリング形成処理部からの出力信号（中心周波数ｆ２）、１６ ドップラ周波数補正処理部、１７ａ ドップラ周波数補正処理部からの出力信号（中心周波数ｆ１）、１７ｂ ドップラ周波数補正処理部からの出力信号（中心周波数ｆ２）、１８ 帯域合成処理装置、１９ 帯域合成装置によって周波数が合成された信号、２０ ＳＡＲ画像再生処理装置。 1 synthetic aperture radar device, 2 signal processing device, 3a transmitting antenna, 3b transmitting antenna, 4a transmitting signal, 4a transmitting signal, 5a receiving antenna, 5b receiving antenna, 6a receiving signal, 6b receiving signal, 7 receiving system, 8 signal band Division processing device, 9a band-divided signal, 9b band-divided signal, 9c band-divided signal, 9d band-divided signal, 10 equidistant sampling restoration filter device, 11 imbalance correction processing unit between channels, 12 signal position correction amount calculator, 13a correction amount (correction amount for f 1), 13b correction amount (correction amount for f 2), 14 equidistant sampling formation processing unit, the output signal from 15a equidistant sampling formation processing unit (central frequency f 1) , 15b Output signal from the equidistant sampling formation processing unit (center frequency f 2 ), 16 Doppler frequency correction processing unit, 17a Output signal from Doppler frequency correction processing unit (center frequency f 1 ), 17b From Doppler frequency correction processing unit Output signal (center frequency f 2 ), 18 band synthesis processing device, 19 signal whose frequency is synthesized by the band synthesis device, 20 SAR image reproduction processing device.
Claims (3)
前記信号取得部により取得された受信信号の信号値を、復元フィルタを用いて、中心周波数ごとに、アジマス方向で等間隔に受信信号が受信されている状態で得られる信号値に変換するとともに、複数の中心周波数のうち基準となる基準中心周波数以外の中心周波数の受信信号の信号値を補正するための補正係数を、前記基準中心周波数の送信信号を送信する送信アンテナと当該受信信号の中心周波数の送信信号を送信する送信アンテナとの間の距離及び前記基準中心周波数の受信信号を受信する受信アンテナと当該受信信号を受信する受信アンテナとの間の距離のいずれかと、前記飛行体の飛行速度とを用いて算出し、算出した前記補正係数を用いて、前記信号取得部により取得された受信信号の信号値を補正する信号補正部とを有する信号処理装置。 A synthetic aperture radar device including a plurality of transmission antennas that alternately and repeatedly transmits a plurality of transmission signals having different center frequencies and a plurality of reception antennas that receives a plurality of reception signals that are reflected waves of the plurality of transmission signals are flying objects. A signal acquisition unit that acquires the reception signal received by each reception antenna when it is mounted on and is flying,
The signal value of the reception signal acquired by the signal acquisition unit, by using a restoration filter, while converting into a signal value obtained in the state that the reception signal is received at equal intervals in the azimuth direction, A correction coefficient for correcting a signal value of a received signal having a center frequency other than the reference center frequency among the plurality of center frequencies, a transmission antenna transmitting the transmission signal having the reference center frequency, and a center frequency of the received signal. And the distance between the receiving antenna that receives the received signal of the reference center frequency and the receiving antenna that receives the received signal, and the flight speed of the flying object. And a signal correction unit that corrects the signal value of the received signal acquired by the signal acquisition unit using the calculated correction coefficient .
前記コンピュータが、前記信号取得ステップにより取得された各受信信号の信号値を、復元フィルタを用いて、中心周波数ごとに、アジマス方向で等間隔に受信信号が受信されている状態で得られる信号値に変換するとともに、複数の中心周波数のうち基準となる基準中心周波数以外の中心周波数の受信信号の信号値を補正するための補正係数を、前記基準中心周波数の送信信号を送信する送信アンテナと当該受信信号の中心周波数の送信信号を送信する送信アンテナとの間の距離及び前記基準中心周波数の受信信号を受信する受信アンテナと当該受信信号を受信する受信アンテナとの間の距離のいずれかと、前記飛行体の飛行速度とを用いて算出し、算出した前記補正係数を用いて、前記信号取得ステップにより取得された受信信号の信号値を補正する信号補正ステップとを有する信号処理方法。 A synthetic aperture radar device in which a computer includes a plurality of transmission antennas that alternately and repeatedly transmit a plurality of transmission signals having different center frequencies and a plurality of reception antennas that receive a plurality of reception signals that are reflected waves of the plurality of transmission signals. A signal acquisition step of acquiring a reception signal received by each reception antenna when the aircraft is mounted on an aircraft and flying,
The computer, the signal value of each reception signal acquired in the signal acquisition step, by using the restoration filter, for each center frequency, the signal value obtained in a state where the reception signal is received at equal intervals in the azimuth direction And a correction coefficient for correcting the signal value of the received signal of the center frequency other than the reference center frequency, which is the reference among the plurality of center frequencies, and the transmission antenna that transmits the transmission signal of the reference center frequency, Any one of the distance between the transmitting antenna that transmits the transmitting signal having the center frequency of the receiving signal and the distance between the receiving antenna that receives the receiving signal having the reference center frequency and the receiving antenna that receives the received signal, and A signal correction step of correcting the signal value of the reception signal acquired in the signal acquisition step using the calculated correction coefficient .
記複数の送信信号の反射波である複数の受信信号を受信する複数の受信アンテナとを備える合成開口レーダ装置が飛行体に搭載されて飛行している際に各受信アンテナが受信した受信信号を取得する信号取得ステップと、
前記信号取得ステップにより取得された各受信信号の信号値を、復元フィルタを用いて、中心周波数ごとに、アジマス方向で等間隔に受信信号が受信されている状態で得られる信号値に変換するとともに、複数の中心周波数のうち基準となる基準中心周波数以外の中心周波数の受信信号の信号値を補正するための補正係数を、前記基準中心周波数の送信信号を送信する送信アンテナと当該受信信号の中心周波数の送信信号を送信する送信アンテナとの間の距離及び前記基準中心周波数の受信信号を受信する受信アンテナと当該受信信号を受信する受信アンテナとの間の距離のいずれかと、前記飛行体の飛行速度とを用いて算出し、算出した前記補正係数を用いて、前記信号取得ステップにより取得された受信信号の信号値を補正する信号補正ステップとをコンピュータに実行させる信号処理プログラム。 A synthetic aperture radar device including a plurality of transmission antennas that alternately and repeatedly transmits a plurality of transmission signals having different center frequencies and a plurality of reception antennas that receives a plurality of reception signals that are reflected waves of the plurality of transmission signals are flying objects. A signal acquisition step of acquiring a reception signal received by each reception antenna while being mounted on and flying,
While using the restoration filter, the signal value of each reception signal acquired in the signal acquisition step is converted into a signal value obtained in a state in which the reception signal is received at equal intervals in the azimuth direction for each center frequency. , A correction coefficient for correcting the signal value of a received signal of a center frequency other than the reference center frequency, which is a reference among a plurality of center frequencies, a transmission antenna for transmitting the transmission signal of the reference center frequency, and A distance between a transmitting antenna that transmits a transmitting signal of a frequency and a distance between a receiving antenna that receives a receiving signal of the reference center frequency and a receiving antenna that receives the receiving signal, and the flight of the flying object. A signal processing program that causes a computer to perform a signal correction step of correcting the signal value of the received signal acquired in the signal acquisition step by using the calculated correction coefficient .
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