JP7173342B2 - レーダ装置、イメージング方法およびイメージングプログラム - Google Patents

レーダ装置、イメージング方法およびイメージングプログラム Download PDF

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Description

本発明は、物体で反射された電磁波を受信してイメージングを行うレーダ装置、イメージング方法およびイメージングプログラムに関する。
ボディスキャナを実現するレーダ装置が、空港等に導入されている。レーダ装置は、ミリ波等の電磁波を所定のエリア内で停止する対象物（人体など）に照射する。ボディスキャナシステムでは、対象物で反射された電磁波（レーダ信号）に基づいて映像化（イメージング）が行われ、レーダ画像が生成される。レーダ画像に基づいて、例えば、対象物に不審物が含まれているか否かの検査が実行される。
非特許文献１には、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を利用して、レーダ信号からレーダ画像を生成する手法が記載されている。
非特許文献２には、画像フレーム間のオプティカルフローを推定して、画像における物体の速度等を測定する方法が記載されている。
X. Zhunge et al., "Three-Dimensional Near-Field MIMO Array Imaging Using Range Migration Techniques", IEEE Transactions on Image Processing, Vol. 21, No. 6, pp. 3026?3033, June 2012 B. D. Lucas et al., "An Iterative Image Registration Technique with an Application to Stereo Vision", Proc. 7th International Joint Conference on Artificial Intelligence, pp.674-679, 1981
図１６は、一般的なレーダ装置の構成例を示すブロック図である。図１６に示すレーダ装置８００は、電磁波を出射する送信アンテナ（Tx）８０１の電磁波の出射（具体的には、出射タイミングなど）を制御し、対象物からの反射波を受信する受信アンテナ（Rx）８０２からレーダ信号を入力するレーダ信号送受信部１０１と、レーダ信号をアンテナの座標に関してフーリエ変換するフーリエ変換処理部８０５と、フーリエ変換結果からレーダ画像を生成するイメージング処理部８０７とを備えている。なお、図１６には、１つの送信アンテナ８０１と１つの受信アンテナ８０２とが例示されているが、実際には、複数の送信アンテナ８０１と複数の受信アンテナ８０２とが設置されている。
レーダ装置８００は、対象物は電磁波が照射されているときに静止しているという前提の基に、レーダ画像を生成する。したがって、対象物が動くと、レーダ画像において、ぼけ（不鮮明）が生ずることがある。
本発明は、対象物の動き等に起因するレーダ画像における不鮮明の発生を抑制できるレーダ装置、イメージング方法およびイメージングプログラムを提供することを目的とする。
本発明によるレーダ装置は、複数の受信アンテナが受信した反射波に基づくレーダ信号を取得するレーダ信号送受信手段と、レーダ画像に現れうる対象物の動きを推定する動き推定手段と、推定された動きを離散化する動き離散化手段と、レーダ信号を複数のグループに分割する信号分割手段と、各々のグループのレーダ信号をフーリエ変換するフーリエ変換処理手段と、フーリエ変換の結果に対象物の動きに対応する位相補償を行った後、フーリエ変換の結果を合成する位相補償／合成処理手段と、合成されたフーリエ変換の結果から、レーダ画像を生成するイメージング処理手段とを含む。
本発明によるイメージング方法は、複数の受信アンテナが受信した反射波に基づくレーダ信号を取得し、レーダ画像に現れうる対象物の動きを推定し、推定された動きを離散化し、レーダ信号を複数のグループに分割し、各々のグループのレーダ信号をフーリエ変換し、フーリエ変換の結果に対象物の動きに対応する位相補償を行った後、フーリエ変換の結果を合成し、合成されたフーリエ変換の結果から、レーダ画像を生成する。
本発明によるイメージングプログラムは、コンピュータに、複数の受信アンテナが受信した反射波に基づくレーダ信号を取得する処理と、レーダ画像に現れうる対象物の動きを推定する処理と、推定された動きを離散化する処理と、レーダ信号を複数のグループに分割する処理と、各々のグループのレーダ信号をフーリエ変換する処理と、フーリエ変換の結果に対象物の動きに対応する位相補償を行った後、フーリエ変換の結果を合成する処理と、合成されたフーリエ変換の結果から、レーダ画像を生成する処理とを実行させる。
本発明によれば、対象物の動き等に起因するレーダ画像における不鮮明の発生を抑制できる。
第１の実施形態のレーダ装置の構成例を示すブロック図である。 送信アンテナと受信アンテナとを含む電子走査アレイにおけるアンテナの配置例を示す模式図である。 送信アンテナが照射する信号を説明するための説明図である。 対象物の動きの離散化を説明するための説明図である。 第１の実施形態のレーダ装置の動作を示すフローチャートである。 第２の実施形態のレーダ装置の構成例を示すブロック図である。 対象物の動きの離散化を説明するための説明図である。 第２の実施形態のレーダ装置の動作を示すフローチャートである。 動き離散化パラメータの算出方法の一例を示すフローチャートである。 第３の実施形態のレーダ装置の構成例を示すブロック図である。 第３の実施形態のレーダ装置の動作を示すフローチャートである。 第４の実施形態のレーダ装置の構成例を示すブロック図である。 第４の実施形態のレーダ装置の動作を示すフローチャートである。 ＣＰＵを有するコンピュータの一例を示すブロック図である。 レーダ装置の主要部を示すブロック図である。 一般的なレーダ装置の構成例を示すブロック図である。
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
実施形態１．
図１は、第１の実施形態のレーダ装置の構成例を示すブロック図である。第１の実施形態のレーダ装置１００は、ミリ波等の電磁波を出射する送信アンテナ（Tx）８０１の電磁波の出射（具体的には、出射タイミングなど）を制御し、レーダ画像に現れうる対象物からの反射波を受信する受信アンテナ（Rx）８０２からレーダ信号を入力するレーダ信号送受信部１０１と、対象物の動きを推定する動き推定部１０２と、対象物の動きを離散化する動き離散化部１０３と、レーダ信号を複数のグループに分割する信号分割部１０４と、各グループのレーダ信号をフーリエ変換するフーリエ変換処理部１０５と、各フーリエ変換結果に動き離散化部１０３の出力から算出される量の位相補償を行った後に合成して１つのフーリエ変換結果を得る位相補償／合成処理部１０６と、フーリエ変換結果からレーダ画像を生成するイメージング処理部１０７とを備えている。
図２は、複数の送信アンテナ８０１と複数の受信アンテナ８０２とを含む電子走査アレイにおけるアンテナの配置例を示す模式図である。なお、図２には、３次元の座標系も示されている。電子走査アレイは、例えば、複数の送信アンテナが同じ周波数の信号を送信するMultiple-Input and Multiple-Output（MIMO）で構成されている。電子走査アレイは、送信アンテナ８０１と受信アンテナ８０２とが共通化されているモノスタティックな送受信アンテナ素子で構成されてもよい。また、電子走査アレイは、特定の送信アンテナが照射した信号を他の１つ以上の受信アンテナが受信するマルチスタティックアンテナで構成されてもよい。
送信アンテナ８０１が照射する電磁波として、例えば、連続波（Continuous Wave (CW)）、周波数変調連続波（Frequency Modulated CW (FMCW) ）、Stepped FMCWが使用可能ある。
本実施形態では、図３に示すような周波数が時間的に変化するStepped FMCWの使用を想定する。時間インデックスをn (ｎ：１～Ｎ）とし、周波数をf(n)と表記する。
レーダ信号送受信部１０１は、送信アンテナ８０１による電磁波の送信（出射）を制御し、受信アンテナ８０２が対象物から受信した反射波に基づくレーダ信号を入力する。レーダ信号送受信部１０１は、電磁波の干渉を避けるために、複数の送信アンテナ８０１の電磁波を照射する順番の制御も行う。
受信アンテナ８０２は、反射波の複素振幅（振幅と送信波からの位相ずれとを表す複素数）を各周波数ごとに測定し、測定結果をレーダ信号とする。
座標（xT, yT, 0 ）にある送信アンテナ８０１から波数k で送信され、座標（xR, yR, 0 ）にある受信アンテナ８０２で受信されたレーダ信号をs(xT, yT, xR, yR, k)とする。また、座標（xT, yT, 0 ）にある送信アンテナ８０１が電磁波の照射を開始した時刻（照射開始時刻）を、temit(xT, yT) とする。なお、電磁波の波数k は、周波数をf 、光速をc とすると、k=2πf/c である。複数の送信アンテナ８０１は、電磁波を照射する順番および照射期間に従って、電磁波を照射する。レーダ信号送受信部１０１は、各々の送信アンテナ８０１の照射開始時刻temit(xT, yT) を取得する。
また、レーダ信号送受信部１０１は、レーダ信号s(xT, yT, xR, yR, k)を取得する。レーダ信号送受信部１０１は、レーダ信号s(xT, yT, xR, yR, k)と各送信アンテナ８０１の照射開始時刻temit(xT, yT) とを、動き推定部１０２と信号分割部１０４とに出力する。
なお、レーダ信号送受信部１０１は、各送信アンテナ８０１の電磁波の照射時間と電磁波を照射する順番とから、各送信アンテナ８０１の照射開始時刻temit(xT, yT) とを把握できる。したがって、レーダ信号送受信部１０１は、照射開始時刻temit(xT, yT) をあらためて取得しなくてもよい。また、動き推定部１０２と信号分割部１０４とが、各送信アンテナ８０１の電磁波の照射時間と電磁波を照射する順番とをあらかじめ認識できる場合には、レーダ信号送受信部１０１は、各送信アンテナ８０１の照射開始時刻temit(xT, yT) を動き推定部１０２と信号分割部１０４とに出力しなくてもよい。
以下、レーダ信号の測定開始時刻を0 、測定期間をTscan とする。測定期間をTscan は、例えば、全ての送信アンテナ８０１が電磁波を照射する期間の合計である。したがって、測定期間中の時刻t は、0 ≦t ＜Tscan である。
動き推定部１０２は、レーダ信号s(xT, yT, xR, yR, k ）と各送信アンテナ８０１の照射開始時刻temit(xT, yT) とに基づいて、対象物の動きを推定する。本実施形態では、対象物の動きを、測定開始時刻からの各時刻におけるx,y 方向それぞれの変位として扱う。また、対象物の動きの推定結果をdx(t), dy(t)と表記する。
一例として、動き推定部１０２は、２枚のレーダ画像の差分から対象物の動きを推定する。例えば、動き推定部１０２は、レーダ信号を、照射開始時刻temit(xT, yT) を基に前半0 ≦t ＜Tscan/2 に取得されたレーダ信号と後半Tscan/2 ≦t ＜Tscan に取得されたレーダ信号に二分する。動き推定部１０２は、前半のレーダ信号と後半レーダ信号とのそれぞれを用いて２枚のレーダ画像を作成する。動き推定部１０２は、２枚のレーダ画像の差分から対象物のx,y 方向それぞれの速度vx,vy を推定し、動きの推定結果を、dx(t)=vxt , dy(t)=vyt とする。
なお、動き推定部１０２は、レーダ画像を生成する機能を有する。一例として、動き推定部１０２は、図１６に示されたような一般的なレーダ装置におけるフーリエ変換処理部８０５およびイメージング処理部８０７が果たす機能に相当する機能を備えていてもよい。
図４は、対象物の動きの離散化を説明するための説明図である。動き離散化部１０３は、推定された対象物の連続的な動きを、離散的な動きに変換する。具体的には、動き離散化部１０３は、図４（Ａ）に例示されたような対象物の動きの推定結果dx(t), dy(t)を、図４（Ｂ）に例示するような静止と移動の組合せとして離散化するためのパラメータを算出する。なお、図４には、推定結果dx(t)のみが例示されている。測定期間の分割数n と静止から移動に変化する時点（以下、分割時点という。）t0,t1,…,tn （t0=0, tn=Tscan）はあらかじめ決定され、動き離散化部１０３に設定される。また、測定期間の分割数n と分割時点とが、あらかじめ決定されているということは、測定期間中の分割区間（ある分割時点と次の分割時点との間）があらかじめ定められていることを意味する。なお、分割数n と分割時点とは、信号分割部１０４にも設定される。
分割時点の設定の仕方として、測定期間をn 等分することが挙げられる。すなわち、ti=Tscan×(i/n) とする。なお、測定期間をn 等分することは一例であり、分割時点の設定の仕方として他の方法が用いられてもよい。
動き離散化部１０３は、例えば、分割で生成されたn 個の分割区間{τ|ti-1≦τ＜ti} （i=1,…,n）におけるdx(t), dy(t)の代表値dxi,dyi を算出する。動き離散化部１０３は、算出した代表値dxi,dyi を、位相補償／合成処理部１０６に出力する。なお、一例として、動き離散化部１０３は、各区間の開始時刻における動きの推定結果dx(t), dy(t)を、代表値とする。すなわち、動き離散化部１０３は、dxi=dx(ti-1),dyi=dy(ti-1) とする。代表値は、対象物の動きを離散化するためのパラメータの一例に相当する。
信号分割部１０４は、レーダ信号送受信部１０１から受け取るレーダ信号s(xT, yT, xR, yR, k)を、レーダ信号送受信部１０１から受け取る照射開始時刻temit(xT, yT) とあらかじめ設定されている測定期間の分割数n および分割時点t0,t1,…,tn とに基づいて、n 個のグループにグループ分けする。換言すれば、信号分割部１０４は、動き離散化部１０３が使用する分割区間の各々を一グループとして、レーダ信号s(xT, yT, xR, yR, k)をグループ分けする。信号分割部１０４は、グループ分けされたレーダ信号をフーリエ変換処理部１０５に出力する。
各々のグループsi(xT, yT, xR, yR, k) （i=1,…,n）は、ti-1≦temit(xT, yT) ＜tiを満たすデータ集合である。データ集合は、下記の（１）式のように表される。
Figure 0007173342000001
フーリエ変換処理部１０５は、各々のデータ集合si(xT, yT, xR, yR, k) に対して、４変数（xT,yT,xR,yR ）に関する４次元フーリエ変換を行う。フーリエ変換処理部１０５は、４次元フーリエ変換の結果を、位相補償／合成処理部１０６に出力する。以下、４次元フーリエ変換の結果を、s'i(kxT, kyT, kxR, kyR, k)と表記する。
位相補償／合成処理部１０６は、４次元フーリエ変換の結果s'i(kxT, kyT, kxR, kyR, k)のそれぞれに対して、動きの代表値dxi,dyi から算出される分の位相補償を行う。すなわち、位相補償／合成処理部１０６は、対象物の動きに対応する位相補償を行う。
位相補償／合成処理部１０６は、位相補償後の４次元フーリエ変換の結果s'i(kxT, kyT, kxR, kyR, k)を、下記の（２）式で示されるように合成する。位相補償／合成処理部１０６は、合成で得られたフーリエ変換の結果s'(kxT, kyT, kxR, kyR, k) を、イメージング処理部１０７に出力する。なお、（２）式において、exp{j[(kxT+kxR)dxi+(kyT+kyR)dyi]} は、対象物の動きに対応する位相補償に関する項である。
Figure 0007173342000002
イメージング処理部１０７は、s'(kxT, kyT, kxR, kyR, k) に基づいてレーダ画像を生成する。なお、イメージング処理部１０７は、レーダ画像を生成するときに、非特許文献１に記載されているような、５変数関数のフーリエ変換の結果s'(kxT, kyT, kxR, kyR, k) を３変数関数に変換した後、逆フーリエ変換によって３次元のレーダ画像を得る方法を用いることができる。ただし、その方法を用いることは一例であって、イメージング処理部１０７は、他の方法によってレーダ画像を生成してもよい。
次に、図５のフローチャートを参照して、レーダ装置１００の動作を説明する。
レーダ信号送受信部１０１は、所定の照射順番に従って複数の送信アンテナ８０１に順次電磁波を出射させ、受信アンテナ８０２が受信した反射波に基づくレーダ信号s(xT, yT, xR, yR, k)を得る（ステップＳ１０１）。そして、レーダ信号送受信部１０１は、得られたレーダ信号s(xT, yT, xR, yR, k)と各送信アンテナ８０１の照射開始時刻temit(xT, yT) とを動き推定部１０２と信号分割部１０４とに出力する。
動き推定部１０２は、上述したように、レーダ信号s(xT, yT, xR, yR, k)と照射開始時刻temit(xT, yT) とに基づいて、対象物の動きを推定する（ステップＳ１０２）。動き推定部１０２は、動き推定部１０２は、動きの推定結果dx(t), dy(t)を、動き離散化部１０３に出力する。
動き離散化部１０３は、上述したように、対象物の動きの推定結果を離散化するために、各分割区間におけるdx(t), dy(t)の代表値dxi,dyi を算出する（ステップＳ１０３）。動き離散化部１０３は、代表値dxi,dyi を、位相補償／合成処理部１０６に出力する。
信号分割部１０４は、上述したように、レーダ信号s(xT, yT, xR, yR, k)を、照射開始時刻temit(xT, yT) と測定期間の分割数n および分割時点t0,t1,…,tn とに基づいて、n 個のグループにグループ分けする（ステップＳ１０４）。信号分割部１０４は、グループ分けされたレーダ信号をフーリエ変換処理部１０５に出力する。
フーリエ変換処理部１０５は、上述したように、各々のデータ集合si(xT, yT, xR, yR, k) に対して、４変数（xT,yT,xR,yR ）に関する４次元フーリエ変換を行う（ステップＳ１０５）。フーリエ変換処理部１０５は、フーリエ変換の結果s'i(kxT, kyT, kxR, kyR, k)を、位相補償／合成処理部１０６に出力する。
位相補償／合成処理部１０６は、上述したように、フーリエ変換の結果s'i(kxT, kyT, kxR, kyR, k)に対して位相補償を行った後、フーリエ変換の結果s'i(kxT, kyT, kxR, kyR, k)をs'(kxT, kyT, kxR, kyR, k) に合成する（ステップＳ１０６）。位相補償／合成処理部１０６は、合成で得られたフーリエ変換の結果s'(kxT, kyT, kxR, kyR, k) を、イメージング処理部１０７に出力する。
イメージング処理部１０７は、フーリエ変換の結果s'(kxT, kyT, kxR, kyR, k) からレーダ画像を生成する（ステップＳ１０７）。
なお、イメージング処理部１０７が生成するレーダ画像は、例えば、ディスプレイに表示される。また、レーダ画像から物体検出等を行うことが可能である。
以上に説明したように、レーダ装置１００は、対象の動きによる影響を補正するので、具体的には、分割区間における離散的な対象物の動きを、分割区間ごとのフーリエ変換の結果に反映するので、対象の動きに起因する不鮮明が抑制された高品質なレーダ画像を生成できる。
実施形態２，
図６は、第２の実施形態のレーダ装置の構成例を示すブロック図である。第２の実施形態のレーダ装置２００は、送信アンテナ８０１を制御し、受信アンテナ８０２からレーダ信号を入力するレーダ信号送受信部１０１と、動き推定部１０２と、対象物の動きを離散化する動き離散化部２０３と、レーダ信号を複数のグループに分割する信号分割部２０４と、フーリエ変換処理部１０５と、位相補償／合成処理部１０６と、イメージング処理部１０７とを備えている。
動き離散化部２０３および信号分割部２０４以外のブロックの機能は、第１の実施形態における機能と同じである。
図７は、本実施形態における対象物の動きの離散化を説明するための説明図である。第１の実施形態の場合と同様に、動き離散化部２０３は、図７（Ａ）に例示されたような対象物の動きの推定結果dx(t), dy(t)を、図７（Ｂ）に示すように、静止と瞬間的な移動の組み合わせとして離散化するためのパラメータを算出する。なお、図７には、推定結果dx(t)のみが例示されている。
第１の実施形態では、分割数n と分割時点t0,t1,…,tn （t0=0, tn=Tscan）とはあらかじめ定められていたが、本実施形態では、動き離散化部２０３は、対象物の動きの推定結果dx(t), dy(t)に基づいて、分割数n と分割時点t0,t1,…,tn （t0=0, tn=Tscan）とを算出する。
信号分割部２０４は、基本的に、第１の実施形態における信号分割部１０４と同様の処理を行う。ただし、信号分割部１０４は、あらかじめ定められている分割数n と分割時点t0,t1,…,tn とを使用するが、本実施形態では、信号分割部２０４は、動き離散化部２０３が算出した分割数n と分割時点t0,t1,…,tn とを使用する。
次に、図８および図９のフローチャートを参照して、レーダ装置２００の動作を説明する。ステップＳ１０１，Ｓ１０２の処理は、第１の実施形態における処理と同じである。
ステップＳ２０３において、動き離散化部２０３は、静止とみなせる許容変位量D が定まっている場合は、例えば、図９のフローチャートに示すように、対象物の動きの推定結果を離散化するためのパラメータを算出する。
動き離散化部２０３は、まず、t0＝０、ｉ＝１とする（ステップＳ２３１）。
動き離散化部２０３は、下記の（３）式を満たすt があるか否か確認する（ステップＳ２３２）。
Figure 0007173342000003
動き離散化部２０３は、（３）式を満たすt があると判定した場合には、（３）式を満たす最小のt をtiとし、ｉ＝ｉ＋１とする（ステップＳ２３３）。そして、ステップＳ２３２に戻る。
（３）式が満たすt がない場合には、動き離散化部２０３は、そのときのi の値をn とし、Tscan をtnとして（ステップＳ２３４）、図９に示される処理を終了する。
例えば、計算時間や使用メモリの上限等の制約から望ましい分割数n が決まっている場合には、動き離散化部２０３は、分割数がn になるようなD を二分探索等で求め、そのD を用いた際の分割の仕方を採用するという方法も考えられる。動き離散化部２０３は、設定した分割数n と分割時刻t0,t1,…,tn を信号分割部２０４に出力する。
動き離散化部１０３は、決定した分割数n と分割時点t0,t1,…,tn とを、信号分割部２０４に出力する。また、動き離散化部１０３は、第１の実施形態の場合と同様に、対象物の動きの推定結果を離散化するために、ｎ個の分割区間におけるdx(t), dy(t)の代表値dxi,dyi を算出する。
信号分割部２０４は、動き離散化部２０３が算出した分割数n と分割時点t0,t1,…,tn とを使用して、レーダ信号s(xT, yT, xR, yR, k)を、n 個のグループにグループ分けする（ステップＳ２０４）。グループ分けの仕方は、第１の実施形態の場合と同様である。
ステップＳ１０５～Ｓ１０７の処理は、第１の実施形態における処理と同じである。
本実施形態では、レーダ装置２００は、対象物の動きに基づいて測定期間を分割するので、動きの大きい時間領域をより細かく分割するなどの調整を行うことが可能になる。よって、動きの離散化の精度を上がることができる。その結果、レーダ画像における不鮮明がさらに抑制される。
実施形態３．
図１０は、第３の実施形態のレーダ装置の構成例を示すブロック図である。第３の実施形態のレーダ装置３００は、送信アンテナ８０１を制御し、受信アンテナ８０２からレーダ信号を入力するレーダ信号送受信部１０１と、動き推定部３０２と、対象物の動きを離散化する動き離散化部１０３と、レーダ信号を複数のグループに分割する信号分割部１０４と、フーリエ変換処理部１０５と、位相補償／合成処理部１０６と、イメージング処理部１０７とを備えている。
動き推定部３０２以外のブロックの機能は、第１の実施形態における機能と同じである。
レーダ装置３００には、センサ３１０が接続されている。センサ３１０は、対象物の測定を行う、カメラなどの測定器である。センサ３１０は、レーダ信号送受信部１０１が送信アンテナ８０１を制御し受信アンテナ８０２からレーダ信号を入力しているときに、測定結果を、動き推定部３０２に出力する。レーダ信号送受信部３０３の処理と同期して撮影などを行うように制御される。すなわち、センサ３１０は、受信アンテナ８０２が受信した反射波に基づくレーダ信号と少なくとも同程度の情報、好ましくは、レーダ信号よりも高い解像度の情報を含む検出信号が、レーダ信号の取得タイミングと同期したタイミングで動き推定部３０２に入力されるように制御される。なお、そのような同期のための制御は、動き推定部３０２によってなされるように構成することも可能であるが、他の例として、図１０には示されていない制御部によってなされてもよい。また、そのような制御部が設けられている場合には、複数の送信アンテナ８０１を１つの群と捉えたときに、その制御部が、群に対する電磁波の照射開始の指示を行ってもよい。
動き推定部３０２は、センサ３１０の検出信号から対象の動きを推定し、対象物の動きの推定結果dx(t), dy(t)を、動き離散化部１０３に出力する。センサ３１０として連続撮像可能なカメラを用いる場合、例えば、動き推定部３０２は、連続する２つの画像の各組に対して、非特許文献２記載されているオプティカルフローに基づく手法などを用いて撮像時刻間の対象物の時系列情報（位置、速度など）を算出する。動き推定部３０２は、算出された動きの時系列情報から対象物の動きを推定して、推定結果dx(t), dy(t)を得る。
また、動き推定部３０２は、第１の実施形態の場合と同様にレーダ信号送受信部１０１からの出力を受け取り、その出力とセンサ３１０の検出信号とを組み合わせて対象の動きを推定することもできる。例えば、動き推定部３０２は、第１の実施形態で用いられた手法でレーダ信号から対象の動きを推定し、その推定結果を、センサ３１０の検出信号で補正することができる。
次に、図１１のフローチャートを参照して、レーダ装置３００の動作を説明する。ステップＳ１０１，Ｓ１０４，Ｓ１０５の処理は、第１の実施形態における処理と同じである。
動き推定部３０２は、ステップＳ１０１，Ｓ１０４，Ｓ１０５の処理が行われているときに、センサ３１０を制御し、センサ３１０から対象物の検出信号を取得する（ステップＳ３０１）。
動き推定部３０２は、センサ３１０から受け取る検出信号に基づいて、対象の動きを推定し、推定結果dx(t), dy(t)を得る（ステップＳ３０２）。動きの推定の仕方は、情報の入力元が異なるものの、第１の実施形態での推定の仕方と同じである。
ステップＳ１０３，Ｓ１０６，Ｓ１０７の処理は、第１の実施形態における処理と同じである。
本実施形態では、レーダ装置３００において、動き推定部３０２の動き推定の精度を向上させることが可能になる。例えば、連続撮像可能なカメラを用いる場合、一般に、カメラの方がレーダよりも高いフレームレートを実現できる。よって、多くのサンプル点を採取できる。また、光学画像は、一般にレーダ画像よりも分解能が高い。よって、本実施形態では、レーダ信号を用いて動き推定を行う場合よりも高い精度が得られるようにすることができる。一方、レーダ画像には、３次元情報を含むなどの一般の光学画像にはない利点がある。したがって、レーダ信号とカメラ等のセンサの検出信号の両者を組み合わせることによって、動き推定の精度をより向上させることができる。
実施形態４．
図１２は、第４の実施形態のレーダ装置の構成例を示すブロック図である。第４の実施形態のレーダ装置４００は、送信アンテナ８０１を制御し、受信アンテナ８０２からレーダ信号を入力するレーダ信号送受信部１０１と、動き推定部３０２と、対象物の動きを離散化する動き離散化部２０３と、レーダ信号を複数のグループに分割する信号分割部２０４と、フーリエ変換処理部１０５と、位相補償／合成処理部１０６と、イメージング処理部１０７とを備えている。
動き推定部３０２以外のブロックの機能は、第２の実施形態（図６参照）における機能と同じである。
動き推定部３０２の機能は、第３の実施形態における機能と同じである。すなわち、動き推定部３０２は、センサ３１０の検出信号から対象の動きを推定し、対象物の動きの推定結果dx(t), dy(t)を、動き離散化部１０３に出力する。
次に、図１３のフローチャートを参照して、レーダ装置４００の動作を説明する。
ステップＳ１０１の処理は、第２の実施形態における処理（図８参照）と同じである。ステップＳ３０１，Ｓ３０２，Ｓ１０３の処理は、第３の実施形態における処理（図１１参照）と同じである。
ステップＳ２０４で、信号分割部２０４は、第２の実施形態の場合と同様、動き離散化部２０３が算出した分割数n と分割時点t0,t1,…,tn とを使用して、レーダ信号s(xT, yT, xR, yR, k)を、n 個のグループにグループ分けする。
ステップＳ１０５～Ｓ１０７の処理は、第２の実施形態における処理（図８参照）と同じである。
本実施形態は、第２の実施形態と第３の実施形態とが組み合わされた実施形態に相当するので、レーダ装置４００は、第２の実施形態の効果と第３の実施形態の効果とをともに奏する。
上記の各実施形態における各機能（各処理）を、ＣＰＵ（Central Processing Unit ）等のプロセッサやメモリ等を有するコンピュータで実現可能である。例えば、記憶装置（記憶媒体）に上記の実施形態における方法（処理）を実施するためのプログラムを格納し、各機能を、記憶装置に格納されたプログラムをＣＰＵで実行することによって実現してもよい。
図１４は、ＣＰＵを有するコンピュータの一例を示すブロック図である。コンピュータは、レーダ装置に実装される。ＣＰＵ１０００は、記憶装置１００１に格納されたプログラムに従って処理を実行することによって、上記の各実施形態における各機能を実現する。すなわち、図１，図６，図１０，図１２に示されたレーダ装置１００，２００，３００，４００における、レーダ信号送受信部１０１、動き推定部１０２，３０２、動き離散化部１０３，２０３、信号分割部１０４，２０４、フーリエ変換処理部１０５、位相補償／合成処理部１０６、およびイメージング処理部１０７の機能を実現する。
なお、ＣＰＵ１０００に代えて、または、ＣＰＵ１０００とともに、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）が用いられてもよい。また、図１，図６，図１０，図１２に示されたレーダ装置１００，２００，３００，４００における機能の一部が半導体集積回路で実現され、他の部分がＣＰＵ１０００等で実現されてもよい。
記憶装置１００１は、例えば、非一時的なコンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium ）である。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（tangible storage medium ）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の具体例として、磁気記録媒体（例えば、フレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば、光磁気ディスク）、ＣＤ－ＲＯＭ（Compact Disc-Read Only Memory ）、ＣＤ－Ｒ（Compact Disc-Recordable ）、ＣＤ－Ｒ／Ｗ（Compact Disc-ReWritable ）、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Programmable ROM）、ＥＰＲＯＭ（Erasable PROM ）、フラッシュＲＯＭ）がある。
また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（transitory computer readable medium ）に格納されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体には、例えば、有線通信路または無線通信路を介して、すなわち、電気信号、光信号または電磁波を介して、プログラムが供給される。
メモリ１００２は、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）で実現され、ＣＰＵ１０００が処理を実行するときに一時的にデータを格納する記憶手段である。メモリ１００２に、記憶装置１００１または一時的なコンピュータ可読媒体が保持するプログラムが転送され、ＣＰＵ１０００がメモリ１００２内のプログラムに基づいて処理を実行するような形態も想定しうる。
図１５は、レーダ装置の主要部を示すブロック図である。図１５に示すレーダ装置１０は、複数の受信アンテナが受信した反射波に基づくレーダ信号を取得するレーダ信号送受信手段１１（実施形態では、レーダ信号送受信部１０１で実現される。）と、レーダ画像に現れうる対象物の動きを推定する動き推定手段１２（実施形態では、動き推定部１０２，３０２で実現される。）と、推定された動きを離散化する動き離散化手段１３（実施形態では、動き離散化部１０３，２０３で実現される。）と、レーダ信号を複数のグループに分割する信号分割手段１４（実施形態では、信号分割部１０４，２０４で実現される。）と、各々のグループのレーダ信号をフーリエ変換するフーリエ変換処理手段１５（実施形態では、フーリエ変換処理部１０５で実現される。）と、フーリエ変換の結果に対象物の動きに対応する位相補償を行った後、フーリエ変換の結果を合成する位相補償／合成処理手段１６（実施形態では、位相補償／合成処理部１０６で実現される。）と、合成されたフーリエ変換の結果から、レーダ画像を生成するイメージング処理手段１７（実施形態では、イメージング処理部１０７で実現される。）とを備えている。
上記の実施形態の一部または全部は、以下の付記のようにも記載され得るが、以下に限定されるわけではない。
（付記１）複数の受信アンテナが受信した反射波に基づくレーダ信号を取得するレーダ信号送受信手段と、
レーダ画像に現れうる対象物の動きを推定する動き推定手段と、
推定された動きを離散化する動き離散化手段と、
前記レーダ信号を複数のグループに分割する信号分割手段と、
各々の前記グループの前記レーダ信号をフーリエ変換するフーリエ変換処理手段と、
前記フーリエ変換の結果に前記対象物の動きに対応する位相補償を行った後、前記フーリエ変換の結果を合成する位相補償／合成処理手段と、
合成された前記フーリエ変換の結果から、レーダ画像を生成するイメージング処理手段と
を備えたことを特徴とするレーダ装置。
（付記２）前記動き推定手段は、前記レーダ信号から対象物の動きを推定する
付記１のレーダ装置。
（付記３）前記動き推定手段は、前記対象物を把握可能なセンサ手段の検出信号から対象物の動きを推定する
付記１のレーダ装置。
（付記４）前記動き推定手段は、前記レーダ信号と前記対象物を把握可能なセンサ手段の検出信号とを用いて、対象物の動きを推定する
付記１のレーダ装置。
（付記５）前記動き離散化手段は、前記動き推定手段が推定した対象物の動きを、測定期間とあらかじめ定められている複数の分割時点とで決定される前記測定期間中の分割区間ごとの動きに離散化する
付記１から付記４のうちのいずれかのレーダ装置。
（付記６）前記動き離散化手段は、測定期間における対象物の動きの変位量に基づいて分割時点を決定し、前記動き推定手段が推定した対象物の動きを、前記分割時点で決定される前記測定期間中の分割区間ごとの動きに離散化する
付記１から付記４のうちのいずれかのレーダ装置。
（付記７）前記信号分割手段は、前記動き離散化手段が使用する前記分割区間の各々を一グループとして、前記レーダ信号をグループ分けする
付記５または付記６のレーダ装置。
（付記８）前記位相補償／合成処理手段は、前記動き離散化手段が離散化した対象物の動きに基づいて位相補償を行う
付記１から付記７のうちのいずれかのレーダ装置。
（付記９）複数の受信アンテナが受信した反射波に基づくレーダ信号を取得し、
レーダ画像に現れうる対象物の動きを推定し、
推定された動きを離散化し、
前記レーダ信号を複数のグループに分割し、
各々の前記グループの前記レーダ信号をフーリエ変換し、
前記フーリエ変換の結果に前記対象物の動きに対応する位相補償を行った後、前記フーリエ変換の結果を合成し、
合成された前記フーリエ変換の結果から、レーダ画像を生成する
ことを特徴とするイメージング方法。
（付記１０）レーダ信号から対象物の動きを推定する
付記９のイメージング方法。
（付記１１）前記対象物を把握可能なセンサ手段の検出信号から対象物の動きを推定する
付記９のイメージング方法。
（付記１２）前記レーダ信号と前記対象物を把握可能なセンサ手段の検出信号とを用いて、対象物の動きを推定する
付記９のイメージング方法。
（付記１３）推定された対象物の動きを、測定期間とあらかじめ定められている複数の分割時点とで決定される前記測定期間中の分割区間ごとの動きに離散化する
付記９から付記１２のうちのいずれかのイメージング方法。
（付記１４）測定期間における対象物の動きの変位量に基づいて分割時点を決定し、推定された対象物の動きを、前記分割時点で決定される前記測定期間中の分割区間ごとの動きに離散化する
付記９から付記１２のうちのいずれかのイメージング方法。
（付記１５）推定された動きを離散化する際に使用される前記分割区間の各々を一グループとして、前記レーダ信号をグループ分けする
付記１３または付記１４のイメージング方法。
（付記１６）離散化された対象物の動きに基づいて位相補償を行う
付記９から付記１５のうちのいずれかのイメージング方法。
（付記１７）コンピュータに、
複数の受信アンテナが受信した反射波に基づくレーダ信号を取得する処理と、
レーダ画像に現れうる対象物の動きを推定する処理と、
推定された動きを離散化する処理と、
前記レーダ信号を複数のグループに分割する処理と、
各々の前記グループの前記レーダ信号をフーリエ変換する処理と、
前記フーリエ変換の結果に前記対象物の動きに対応する位相補償を行った後、前記フーリエ変換の結果を合成する処理と、
合成された前記フーリエ変換の結果から、レーダ画像を生成する処理と
を実行させるためのイメージングプログラム。
（付記１８）コンピュータに、
レーダ信号から対象物の動きを推定する処理
を実行させる付記１７のイメージングプログラム。
（付記１９）コンピュータに、
前記対象物を把握可能なセンサ手段の検出信号から対象物の動きを推定する処理
を実行させる付記１７のイメージングプログラム。
（付記２０）コンピュータに、
前記レーダ信号と前記対象物を把握可能なセンサ手段の検出信号とを用いて、対象物の動きを推定する処理
を実行させる付記１７のイメージングプログラム。
（付記２１）コンピュータに、
推定された対象物の動きを、測定期間とあらかじめ定められている複数の分割時点とで決定される前記測定期間中の分割区間ごとの動きに離散化する処理を
実行させる付記１７から付記２０のうちのいずれかのイメージングプログラム。
（付記２２）コンピュータに、
測定期間における対象物の動きの変位量に基づいて分割時点を決定し、推定された対象物の動きを、前記分割時点で決定される前記測定期間中の分割区間ごとの動きに離散化する処理
を実行させる付記１７から付記２０のうちのいずれかのイメージングプログラム。
（付記２３）コンピュータに、
推定された動きを離散化する際に使用される前記分割区間の各々を一グループとして、前記レーダ信号をグループ分けする処理
を実行させる付記２１または付記２２のイメージングプログラム。
（付記２４）コンピュータに、
離散化された対象物の動きに基づいて位相補償を行う処理
を実行させる付記１７から付記２３のうちのいずれかのイメージングプログラム。
以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記の実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
１１ レーダ信号送受信手段
１２ 動き推定手段
１３ 動き離散化手段
１４ 信号分割手段
１５ フーリエ変換処理手段
１６ 位相補償／合成処理手段
１７ イメージング処理手段
１０，１００，２００，３００，４００ レーダ装置
１０１ レーダ信号送受信部
１０２，３０２ 動き推定部
１０３，２０３ 動き離散化部
１０４，２０４ 信号分割部
１０５ フーリエ変換処理部
１０６ 位相補償／合成処理部
１０７ イメージング処理部
３１０ センサ
８０１ 送信アンテナ
８０２ 受信アンテナ
１０００ ＣＰＵ
１００１ 記憶装置
１００２ メモリ

Claims (10)

  1. 複数の受信アンテナが受信した反射波に基づくレーダ信号を取得するレーダ信号送受信手段と、
    レーダ画像に現れうる対象物の動きを推定する動き推定手段と、
    推定された動きを離散化する動き離散化手段と、
    前記レーダ信号を複数のグループに分割する信号分割手段と、
    各々の前記グループの前記レーダ信号をフーリエ変換するフーリエ変換処理手段と、
    前記フーリエ変換の結果に前記対象物の動きに対応する位相補償を行った後、前記フーリエ変換の結果を合成する位相補償／合成処理手段と、
    合成された前記フーリエ変換の結果から、レーダ画像を生成するイメージング処理手段と
    を備えたことを特徴とするレーダ装置。
  2. 前記動き推定手段は、前記レーダ信号から対象物の動きを推定する
    請求項１記載のレーダ装置。
  3. 前記動き推定手段は、前記対象物を把握可能なセンサ手段の検出信号から対象物の動きを推定する
    請求項１記載のレーダ装置。
  4. 前記動き推定手段は、前記レーダ信号と前記対象物を把握可能なセンサ手段の検出信号とを用いて、対象物の動きを推定する
    請求項１記載のレーダ装置。
  5. 前記動き離散化手段は、前記動き推定手段が推定した対象物の動きを、測定期間とあらかじめ定められている複数の分割時点とで決定される前記測定期間中の分割区間ごとの動きに離散化する
    請求項１から請求項４のうちのいずれか１項に記載のレーダ装置。
  6. 前記動き離散化手段は、測定期間における対象物の動きの変位量に基づいて分割時点を決定し、前記動き推定手段が推定した対象物の動きを、前記分割時点で決定される前記測定期間中の分割区間ごとの動きに離散化する
    請求項１から請求項４のうちのいずれか１項に記載のレーダ装置。
  7. 前記信号分割手段は、前記動き離散化手段が使用する前記分割区間の各々を一グループとして、前記レーダ信号をグループ分けする
    請求項５または請求項６記載のレーダ装置。
  8. 前記位相補償／合成処理手段は、前記動き離散化手段が離散化した対象物の動きに基づいて位相補償を行う
    請求項１から請求項７のうちのいずれか１項に記載のレーダ装置。
  9. 複数の受信アンテナが受信した反射波に基づくレーダ信号を取得し、
    レーダ画像に現れうる対象物の動きを推定し、
    推定された動きを離散化し、
    前記レーダ信号を複数のグループに分割し、
    各々の前記グループの前記レーダ信号をフーリエ変換し、
    前記フーリエ変換の結果に前記対象物の動きに対応する位相補償を行った後、前記フーリエ変換の結果を合成し、
    合成された前記フーリエ変換の結果から、レーダ画像を生成する
    ことを特徴とするイメージング方法。
  10. コンピュータに、
    複数の受信アンテナが受信した反射波に基づくレーダ信号を取得する処理と、
    レーダ画像に現れうる対象物の動きを推定する処理と、
    推定された動きを離散化する処理と、
    前記レーダ信号を複数のグループに分割する処理と、
    各々の前記グループの前記レーダ信号をフーリエ変換する処理と、
    前記フーリエ変換の結果に前記対象物の動きに対応する位相補償を行った後、前記フーリエ変換の結果を合成する処理と、
    合成された前記フーリエ変換の結果から、レーダ画像を生成する処理と
    を実行させるためのイメージングプログラム。
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山本和彦 他，ドップラーを利用したレーダ画像再生のための位相補償アルゴリズム，電子情報通信学会論文誌，日本，社団法人電子情報通信学会，2000年10月25日，第J83-B巻第10号，1453-1461，ISSN 1344-4697

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