JP7452678B2 - 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

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。レーダ装置は送信アンテナ及び受信アンテナを含む。送信アンテナがミリ波等の電磁波を所定のエリア内の対象物（人体など）に照射し、対象物で反射された電磁波を受信アンテナがレーダ信号として受信する。ボディスキャナシステムでは、レーダ信号に基づいてレーダ画像の生成（イメージング）を行い、例えば、対象物に不審物が含まれているか否かの検査を実行する。受信アンテナが受信するレーダ信号には、対象物で反射した反射波だけでなく、対象物で反射することなく直接送信アンテナから受信アンテナに届いた直接波も含まれる。直接波は対象物の形状に関する情報を含んでいないため、対象物に関する高品質なレーダ画像を生成するためには、イメージング処理前に直接波をレーダ信号から取り除くことが望ましい。

本発明に関連する技術が、特許文献１乃至４、及び非特許文献１乃至３に開示されている。

特許文献１には、複数の平面パネル上にアンテナが配置されたボディスキャナシステムが記載されている。

非特許文献１には、キャリブレーションとして直接波によるレーダ信号を計測しておき、その分の減算処理を行うという直接波消去法が記載されている。

非特許文献２及び特許文献２には、対象物で反射された電磁波をアンテナで受信し、受信した信号に基づき画像を生成することで、対象物を画像化する技術が記載されている。

非特許文献３には、音声のノイズ除去に用いられるスペクトルサブトラクション法が記載されている。

特許文献３には、パルス方式のレーダ装置において、直接波の受信が完了してから反射波を受信することで直接波の影響を低減することや、受信アンテナのアレイ方向の中心軸に対して送信アンテナを非対称な位置に配置することで、不要で振幅の大きな直接波をレーダ装置の近傍の物標の検出の対象から外すことが記載されている。

特許文献４には、測定対象物で反射した電磁波の信号をＳ／Ｎ比を低下させることなく算出する技術が記載されている。

米国特許出願公開第２０１６／０２１６３７１号明細書 国際公開第２０１９／２３４８５２号 特開２０１９－１７４１３０号 特開２０１７－１０６８５９号

S. S. Ahmed, A. Genghammer, A. Schiessl and L. Schmidt, "Fully Electronic E-Band Personnel Imager of 2 m^2 Aperture Based on a Multistatic Architecture," in IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 61, no. 1, pp. 651-657, Jan. 2013, doi: 10.1109/TMTT.2012.2228221. S. S. Ahmed, A. Schiessl, F. Gumbmann, M. Tiebout, S. Methfessel and L. Schmidt, "Advanced Microwave Imaging," in IEEE Microwave Magazine, vol. 13, no. 6, pp. 26-43, Sept.-Oct. 2012, doi: 10.1109/MMM.2012.2205772. S. F. Boll. Suppression of Acoustic Noise in Speech Using Spectral Subtraction. IEEE Trans. ASSP., Vol.27, pp.113-120. 1979.

図１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１に示すレーダ装置８００は、レーダ信号送受信部８０３と、直接波消去部８０５と、イメージング処理部８０６とを備えている。レーダ信号送受信部８０３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などを受信する受信アンテナ（Ｒｘ）８０２からレーダ信号を取得する。直接波消去部８０５は、レーダ信号から直接波による寄与を消去する。イメージング処理部８０６は、レーダ信号からレーダ画像を生成する。なお、図１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。

ここで、あるＴｘとＲｘのペアに関する、直接波と対象物からの反射波の例を図２に示す。図２では、直接波が点線で、対象物からの反射波が実線で表されている。

直接波消去部８０５は、例えば非特許文献１のように、キャリブレーション時に直接波によるレーダ信号Ｓ_ｃｃを計測しておき、その分の減算処理を行う。対象物からの反射波によるレーダ信号をＳ_ｏｂｊとすると、計測で得られるレーダ信号Ｓ_ｍｅａｓは下記式（１）のようになる。

図３に示すように、Ｓ_ｃｃによる減算処理を行うことにより下記式（２）となり、対象物からの反射波による寄与のみをレーダ信号に残すことができる。

非特許文献１では、対象物が装置の前で静止することを前提に、ＴｘとＲｘが同一の平面パネル上に配置されている図４のような装置を想定している。この配置においては、対象物の存在による直接波への影響は小さいため減算処理が機能する。一方、近年では特許文献１のように対象物が装置内を通り抜ける状況でも検査を行えるよう、複数の平面パネル上にＴｘとＲｘを配置した装置も考えられている。例えば図５のように２枚のパネルを平行に並べることにより、パネルと垂直な向きの物体からの反射も捉えることができるようになる。このような配置において、減算処理による直接波の消去は機能しない可能性がある。なぜなら、図６に示すように、ＴｘとＲｘおよび対象物の位置関係によっては直接波が遮断されるからである。図中、実線矢印で紐付けられたＴｘとＲｘのペアの場合、ＲｘはＴｘからの直接波を受信する。しかし、点線矢印で紐付けられたＴｘとＲｘのペアの場合、人の身体により遮断されるため、ＲｘはＴｘからの直接波を受信しない。直接波が遮断されたペアに関しては、計測で得られるレーダ信号Ｓ_ｍｅａｓは下記式（３）のようになる。

この場合に図７に示すように減算処理を行うと下記式（４）のようになり、直接波が負の寄与としてレーダ信号に残存してしまう。この結果、イメージング処理で得られるレーダ画像の品質が劣化する。

本発明は、直接波が対象物等に遮断されることのあるようなアンテナ配置を持つレーダ装置において、実際に遮断されている状況下では、直接波消去処理によりレーダ信号に余分な寄与が加わりレーダ画像の品質が劣化するという課題を解決することである。

本発明によれば、
異なる位置に配置された複数の送信アンテナと複数の受信アンテナを用いた測定によるレーダ信号を取得するレーダ信号送受信手段と、
前記送信アンテナと前記受信アンテナの複数のペア各々に関し、直接波が遮断されているかどうかを判定する直接波遮断ペア判定手段と、
直接波が遮断されていないと判定された前記ペアの前記測定されたレーダ信号から直接波による寄与を消去する直接波消去手段と、
を備えたことを特徴とするレーダ装置が提供される。

また、本発明によれば、
コンピュータが、
異なる位置に配置された複数の送信アンテナと複数の受信アンテナを用いた測定によるレーダ信号を取得し、
前記送信アンテナと前記受信アンテナの複数のペア各々に関し、直接波が遮断されているかどうかを判定し、
直接波が遮断されていないと判定された前記ペアの前記測定されたレーダ信号から直接波による寄与を消去するイメージング方法が提供される。

また、本発明によれば、
コンピュータを、
異なる位置に配置された複数の送信アンテナと複数の受信アンテナを用いた測定によるレーダ信号を取得するレーダ信号送受信手段、
前記送信アンテナと前記受信アンテナの複数のペア各々に関し、直接波が遮断されているかどうかを判定する直接波遮断ペア判定手段、
直接波が遮断されていないと判定された前記ペアの前記測定されたレーダ信号から直接波による寄与を消去する直接波消去手段、
として機能させるイメージングプログラムが提供される。

本発明によれば、直接波が対象物等に遮断されることのあるようなアンテナ配置を持つレーダ装置において、遮断されているかどうかを判定して適切にレーダ信号から直接波による寄与を消去することにより、安定したレーダ画像を生成することができる。

一般的なレーダ装置の構成例を示すブロック図である。 反射波と直接波を説明するための説明図である。 減算処理により直接波によるレーダ信号への寄与の消去が機能する例を示した図である。 送信アンテナと受信アンテナが同一の平面パネル上に配置されたレーダ装置の図である。 送信アンテナと受信アンテナが異なる平面パネル上に配置されたレーダ装置の図である。 図５のようなレーダ装置において、直接波が遮断される場合とされない場合を示した図である。 減算処理により直接波によるレーダ信号への寄与の消去が機能しない例を示した図である。 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。 Stepped Frequency Continuous Wave (SFCW)を説明する説明図である。 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。 直接波のみによるレーダ信号から変換された、レンジプロフィールの振幅の例を示す図である。 直接波が遮断されていないレーダ信号から変換された、レンジプロフィールの振幅の例を示す図である。 直接波が遮断されたレーダ信号から変換された、レンジプロフィールの振幅の例を示す図である。 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。 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。 第１乃至第４の実施形態のレーダ装置のハードウエア構成の一例を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。なお、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。

［第１の実施の形態］
［構成の説明］
図８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、レーダ信号送受信部１０３と、直接波遮断ペア判定部１０４と、直接波消去部１０５と、イメージング処理部１０６とを備えている。レーダ信号送受信部１０３は、送信アンテナ（Ｔｘ）１０１と受信アンテナ（Ｒｘ）１０２を備えている。

レーダ信号送受信部１０３は、ミリ波等の電磁波を出射する送信アンテナ（Ｔｘ）１０１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などを受信する受信アンテナ（Ｒｘ）１０２からレーダ信号を取得する。

送信アンテナ１０１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 Frequency Continuous Wave (ＳＦＣＷ)等が使用可能ある。本実施形態では、図９に示すような周波数が時間的に変化するＳＦＣＷを例に説明する。なお、図８では、１つの送信アンテナ（Ｔｘ）１０１と１つの受信アンテナ（Ｒｘ）１０２が示されているが、送信アンテナ（Ｔｘ）１０１及び受信アンテナ（Ｒｘ）１０２の少なくとも一方は複数個設置されてもよい。

レーダ信号送受信部１０３は、送信アンテナ１０１による電磁波の送信（出射）を制御し、受信アンテナ１０２による受信波に基づくレーダ信号を入力する。

受信アンテナ１０２は、受信波の複素振幅（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。レーダ信号は、Ｔｘの番号ｎ、Ｒｘの番号ｍ、周波数ｆを引数として、Ｓ_ｍｅａｓ（ｎ，ｍ，ｆ）のように表せる。

あらかじめ、直接波によるレーダ信号Ｓ_ｃｃ（ｎ，ｍ，ｆ）を測定しておく。これは、装置の外側に電波吸収体などを設置したり対象物が存在しない状況において計測する。

直接波遮断ペア判定部１０４は、測定されたレーダ信号Ｓ_ｍｅａｓ（ｎ，ｍ，ｆ）と直接波によるレーダ信号Ｓ_ｃｃ（ｎ，ｍ，ｆ）に基づいて、それぞれのＴｘとＲｘのペア（ｎ，ｍ）に関して直接波が対象物等により遮断されているか判定する。

直接波遮断判定法の一例として、信号強度の比較に基づく方法が考えられる。一般に、直接波の信号強度は反射波の信号強度よりも強いため、直接波が遮られていると他に反射波があったとしても、直接波のみの場合と比べて信号強度が低下する。そこで、ある定数ａ(例えば、ａ＝０．５)を用いて、下記式（５）の条件を満たしていれば、そのペア（ｎ，ｍ）は直接波が遮断されていると判定する方法が挙げられる。なお、その他の手法を採用してもよい。

直接波消去部１０５は、直接波遮断ペア判定部１０４で直接波が遮断されていないと判定された全てのペア（ｎ，ｍ）に対して、レーダ信号Ｓ_ｍｅａｓ（ｎ，ｍ，ｆ）から直接波による寄与を消去する処理を行う。

消去法の一例として、非特許文献１のように、あらかじめ測定された直接波によるレーダ信号に相当する分の減算処理を行う方法が挙げられる。つまり、各ｆに対して、Ｓ_ｍｅａｓ（ｎ，ｍ，ｆ）を{Ｓ_ｍｅａｓ（ｎ，ｍ，ｆ）－Ｓ_ｃｃ（ｎ，ｍ，ｆ）}で置き換える。

イメージング処理部１０６は、直接波消去部１０５から出力されたレーダ信号からレーダ画像を生成する。例えば、非特許文献２に記載される方法のようにして、設定した空間領域における３次元レーダ画像を得ることができる。直接波消去部１０５から出力されたレーダ信号は、「直接波が遮断されておらず、直接波の消去処理を行ったペア（ｎ，ｍ）の当該消去処理後のＳ_ｍｅａｓ（ｎ，ｍ，ｆ）」と、「直接波が遮断されており、直接波の消去処理を行わなかったペア（ｎ，ｍ）のＳ_ｍｅａｓ（ｎ，ｍ，ｆ）」とを含む。

［動作の説明］
次に、図１０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１０３は、送信アンテナ（Ｔｘ）１０１に電磁波を出射させ、受信アンテナ（Ｒｘ）１０２による受信波に基づくレーダ信号Ｓ_ｍｅａｓ（ｎ，ｍ，ｆ）を得て、直接波遮断ペア判定部１０４と直接波消去部１０５に出力する（ステップＳ１０１）。

直接波遮断ペア判定部１０４は、レーダ信号送受信部から出力されたＳ_ｍｅａｓ（ｎ，ｍ，ｆ）とあらかじめ測定したＳ_ｃｃ（ｎ，ｍ，ｆ）とを用いた条件判定（例えば、上記式（５）の条件を満たすか否か）の結果に基づき、ＴｘとＲｘの各ペア（ｎ，ｍ）に関して直接波が対象物等に遮断されているか判定を行い、判定結果を直接波消去部１０５に出力する（ステップＳ１０２）。

直接波消去部１０５は、直接波が対象物等に遮断されていないと判定された全てのペア（ｎ，ｍ）に対して、Ｓ_ｃｃ（ｎ，ｍ，ｆ）に基づく直接波の消去をＳ_ｍｅａｓ（ｎ，ｍ，ｆ）に適用する。その後、Ｓ_ｍｅａｓ（ｎ，ｍ，ｆ）をイメージング処理部１０６に出力する（ステップＳ１０３）。ここで出力されるＳ_ｍｅａｓ（ｎ，ｍ，ｆ）は、「直接波が遮断されておらず、直接波の消去処理を行ったペア（ｎ，ｍ）の当該消去処理後のＳ_ｍｅａｓ（ｎ，ｍ，ｆ）」と、「直接波が遮断されており、直接波の消去処理を行わなかったペア（ｎ，ｍ）のＳ_ｍｅａｓ（ｎ，ｍ，ｆ）」とを含む。

イメージング処理部１０６は、直接波消去部１０５から出力されたＳ_ｍｅａｓ（ｎ，ｍ，ｆ）からレーダ画像を生成し、ディスプレイや物体検出エンジンなどに出力する（ステップＳ１０４）。

［効果の説明］
以上に説明したように、レーダ装置１００は、各アンテナペアに関して直接波が遮断されているかどうかを判定してから、遮断されていないペアに対してのみ直接波消去処理を行うので、課題で述べたような直接波が負の寄与としてレーダ信号に残存することが解消される。その結果、直接波の影響が適切に取り除かれた高品質なレーダ画像を生成できる。

［第２の実施の形態］
［構成の説明］
図１１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、レーダ信号送受信部１０３と、レンジプロフィール変換処理部２０７と、直接波遮断ペア判定部２０４と、直接波消去部２０５と、レンジプロフィール逆変換処理部２０８と、イメージング処理部１０６とを備えている。レーダ信号送受信部１０３は、送信アンテナ（Ｔｘ）１０１と受信アンテナ（Ｒｘ）１０２を備えている。

第２の実施形態では、レーダ信号を光路長ｒごとの成分として表示したレンジプロフィールに基づき、直接波が対象物に遮断されているかの判定や直接波の消去を行う。一般に反射波と直接波は光路長が異なるため、レンジプロフィールに変換することにより、反射波と直接波のそれぞれによる寄与を分断することができる。

あらかじめ、各ＴｘとＲｘのペア（ｎ，ｍ）に関して、直接波によるレーダ信号Ｓ_ｃｃ（ｎ，ｍ，ｆ）をレンジプロフィールＳ´_ｃｃ（ｎ，ｍ，ｒ）に変換しておく。送信波としてＳＦＣＷを用いている場合は、Ｓ_ｃｃ（ｎ，ｍ，ｆ）に対してｆに関する逆フーリエ変換を行えばよい。ＴｘとＲｘの距離をｒ_０（ｎ，ｍ）とすると、レンジプロフィールの振幅Ｓ´_ｃｃ（ｎ，ｍ，ｒ）の絶対値は、図１２のようにｒ＝ｒ_０（ｎ，ｍ）で最大となることが期待される。

レンジプロフィール変換処理部２０７、直接波遮断ペア判定部２０４、直接波消去部２０５、およびレンジプロフィール逆変換処理部２０８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。

レンジプロフィール変換処理部２０７は、レーダ信号Ｓ_ｍｅａｓ（ｎ，ｍ，ｆ）をレンジプロフィールＳ´_ｍｅａｓ（ｎ，ｍ，ｒ）に変換する。送信波としてＳＦＣＷを用いている場合は、ｆに関する逆フーリエ変換を行えばよい。送信波としてＦＭＣＷを用いている場合も、ビート信号に対して同様の処理を行えばよい。

直接波遮断ペア判定部２０４は、Ｓ´_ｍｅａｓ（ｎ，ｍ，ｒ）とＳ´_ｃｃ（ｎ，ｍ，ｒ）に基づいて、それぞれのＴｘとＲｘのペア（ｎ，ｍ）に関して直接波が対象物等に遮断されているか判定する。

判定法の一例として、ｒ＝ｒ_０（ｎ，ｍ）における振幅の比較に基づく方法が考えられる。直接波が遮られていない場合、Ｓ´_ｍｅａｓ（ｎ，ｍ，ｒ）の絶対値は、図１３のようにｒ＝ｒ_０（ｎ，ｍ）で最大となることが期待される。そして、直接波が遮られていない場合、ｒ＝ｒ_０（ｎ，ｍ）におけるＳ´_ｍｅａｓ（ｎ，ｍ，ｒ）の絶対値は、ｒ＝ｒ_０（ｎ，ｍ）におけるＳ´_ｃｃ（ｎ，ｍ，ｒ）の絶対値（図１２参照）と同程度のピーク（値）を持つことが期待される。一方、直接波が遮断されている場合のＳ´_ｍｅａｓ（ｎ，ｍ，ｒ）の絶対値は、図１４のように、ｒ＝ｒ_０（ｎ，ｍ）でピークを持たないことが期待される。そこで、ある定数ｂ(例えば、ｂ＝０．５)を用いて、下記式（６）の条件を満たしていれば、そのペア（ｎ，ｍ）は直接波が遮断されていると判定する方法が挙げられる。なお、その他の手法を採用してもよい。

直接波消去部２０５は、直接波遮断ペア判定部２０４で直接波が遮断されていないと判定された全てのペア（ｎ，ｍ）に対して、レーダ信号のレンジプロフィールＳ´_ｍｅａｓ（ｎ，ｍ，ｒ）から直接波による寄与を消去する処理を行う。

消去法の一例として、直接波によるレーダ信号のレンジプロフィールＳ´_ｃｃ（ｎ，ｍ，ｒ）に相当する分の減算処理を行う方法が挙げられる。つまり、各ｆに対して、Ｓ´_ｍｅａｓ（ｎ，ｍ，ｒ）を{Ｓ´_ｍｅａｓ（ｎ，ｍ，ｒ）－Ｓ´_ｃｃ（ｎ，ｍ，ｒ）}で置き換える。

消去法の別の例として、非特許文献３のスペクトルサブトラクション法の要領で直接波の強いレンジ領域を抑制する方法も考えられる。例えば、Ｓ´_ｍｅａｓ（ｎ，ｍ，ｒ）とＳ´_ｃｃ（ｎ，ｍ，ｒ）の比較に基づいて抑制に用いる関数ｇ（ｎ，ｍ，ｒ）を算出し、算出されたｇ（ｎ，ｍ，ｒ）をＳ´_ｍｅａｓ（ｎ，ｍ，ｒ）に乗算するという方法が挙げられる。つまり、Ｓ´_ｍｅａｓ（ｎ，ｍ，ｒ）を{Ｓ´_ｍｅａｓ（ｎ，ｍ，ｒ）ｇ（ｎ，ｍ，ｒ）}で置き換える。ｇ（ｎ，ｍ，ｒ）は、例えば下記式（７）のように算出される。

また、ｒ＝ｒ_０（ｎ，ｍ）の周辺をさらに強く抑制するために、ある定数Ｗを用いて、ｇ（ｎ，ｍ，ｒ）Ｘ（ｒ－ｒ_０（ｎ，ｍ）；Ｗ）のような量を乗算してもよい。ここで、Ｘ（ｘ；Ｗ）は、ｘの絶対値がＷ以下なら０、そうでないなら１を返す関数である。

レンジプロフィール逆変換処理部２０８は、レンジプロフィールＳ´_ｍｅａｓ（ｎ，ｍ，ｒ）を元のレーダ信号の表式Ｓ_ｍｅａｓ（ｎ，ｍ，ｆ）に戻す変換をする。送信波としてＳＦＣＷを用いている場合は、ｒに関するフーリエ変換を行えばよい。送信波としてＦＭＣＷを用いている場合も、同様の処理によりビート信号を復元すればよい。

なお、イメージング処理部８０６で用いられているイメージングアルゴリズムによっては、レンジプロフィールの方が元のレーダ信号の表式よりも有用なことがある。その場合は、レンジプロフィール逆変換処理部２０８の処理をスキップしてもよい。

［動作の説明］
次に、図１５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の処理は、第１の実施形態における処理と同じである。ただし出力先は異なり、レンジプロフィール変換処理部２０７にレーダ信号Ｓ_ｍｅａｓ（ｎ，ｍ，ｆ）を出力する。

レンジプロフィール変換処理部２０７は、レーダ信号Ｓ_ｍｅａｓ（ｎ，ｍ，ｆ）をレンジプロフィールＳ´_ｍｅａｓ（ｎ，ｍ，ｒ）に変換して、直接波遮断ペア判定部２０４と直接波消去部２０５に出力する（ステップＳ２０５）。

直接波遮断ペア判定部２０４は、レンジプロフィール変換処理部２０７から出力されたＳ´_ｍｅａｓ（ｎ，ｍ，ｒ）とあらかじめ算出した直接波によるレーダ信号のレンジプロフィールＳ´_ｃｃ（ｎ，ｍ，ｒ）の比較に基づき、ＴｘとＲｘの各ペア（ｎ，ｍ）に関して直接波が対象物等に遮断されているか判定を行い、判定結果を直接波消去部２０５に出力する（ステップＳ２０２）。

直接波消去部２０５は、直接波が対象物に遮断されていないと判定された全てのペア（ｎ，ｍ）に対して、Ｓ´_ｃｃ（ｎ，ｍ，ｒ）に基づく直接波の消去をＳ´_ｍｅａｓ（ｎ，ｍ，ｒ）に適用する。その後、Ｓ´_ｍｅａｓ（ｎ，ｍ，ｒ）をレンジプロフィール逆変換処理部２０８に出力する（ステップＳ２０３）。

レンジプロフィール逆変換処理部２０８は、Ｓ´_ｍｅａｓ（ｎ，ｍ，ｒ）を元のレーダ信号の表式Ｓ_ｍｅａｓ（ｎ，ｍ，ｆ）に戻す変換を行い、イメージング処理部８０６に出力する（ステップＳ２０６）。ここで出力されるＳ_ｍｅａｓ（ｎ，ｍ，ｆ）は、「直接波が遮断されておらず、直接波の消去処理を行ったペア（ｎ，ｍ）の当該消去処理後のＳ_ｍｅａｓ（ｎ，ｍ，ｆ）」と、「直接波が遮断されており、直接波の消去処理を行わなかったペア（ｎ，ｍ）のＳ_ｍｅａｓ（ｎ，ｍ，ｆ）」とを含む。なお、イメージング処理部８０６で用いられているイメージングアルゴリズムによっては当該ステップをスキップしてもよい。

ステップＳ１０４の処理は、第１の実施形態における処理と同じである。

［効果の説明］
一般に反射波と直接波は光路長が異なるため、レンジプロフィールに変換してから直接波遮断ペア判定を行うことで、各アンテナペアに関する直接波遮断判定の精度が上がる。直接波が遮断されているにもかかわらず反射波が強いという状況でも、反射波の光路長が直接波と離れていれば、直接波が遮断されていると判定できる。その結果、遮断判定の結果を用いて直接波の影響を適切に取り除くことができ、高品質なレーダ画像を生成できる。

［第３の実施の形態］
［構成の説明］
図１６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、レーダ信号送受信部１０３と、直接波遮断ペア判定部３０４と、直接波消去部１０５と、イメージング処理部１０６とを備えている。レーダ信号送受信部１０３は、送信アンテナ（Ｔｘ）１０１と受信アンテナ（Ｒｘ）１０２を備えている。直接波遮断ペア判定部３０４は、センサ３０９を備えている。

直接波遮断ペア判定部３０４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。第３の実施形態において直接波遮断ペア判定部３０４は、後述のセンサ３０９の測定結果を入力とする。

センサ３０９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３０９は、レーダ信号送受信部１０３が送信アンテナ１０１を制御し受信アンテナ１０２からレーダ信号を入力しているときに、測定結果を、直接波遮断ペア判定部３０４に出力する。レーダ信号送受信部１０３の処理と同期して撮影などを行うように制御される。

直接波遮断ペア判定部３０４は、センサ３０９の測定結果に基づいて、それぞれのＴｘとＲｘのペア（ｎ，ｍ）に関して直接波が対象物等に遮断されているか判定する。例えば、ＴｘとＲｘを結ぶ線分上に対象物等が存在すると画像などから推定されるか否かに基づいて、直接波の遮断の有無を判定する。

［動作の説明］
次に、図１７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の処理は、第１の実施形態における処理と同じである。

直接波遮断ペア判定部３０４は、ステップＳ１０１の処理が行われているときに、センサ３０９を制御し、センサ３０９から対象物の測定結果を取得する（ステップＳ３０７）。

直接波遮断ペア判定部３０４は、センサ３０９からの対象物の測定結果に基づいて、ＴｘとＲｘの各ペア（ｎ，ｍ）に関して直接波が対象物等に遮断されているか判定を行い、判定結果を直接波消去部１０５に出力する（ステップＳ３０２）。

ステップＳ１０３、ステップＳ１０４の処理は、第１の実施形態における処理と同じである。

［効果の説明］
レーダ信号ではなく他のセンサを直接波遮断ペア判定に用いることにより、レーダ信号のノイズが大きいような状況であっても関係なく、各アンテナペアに関する直接波遮断判定を安定して行える。その結果、遮断判定の結果を用いて直接波の影響を適切に取り除くことができ、高品質なレーダ画像を生成できる。

［第４の実施の形態］
［構成の説明］
図１８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、レーダ信号送受信部１０３と、直接波遮断ペア判定部４０４と、直接波消去部１０５と、イメージング処理部４０６とを備えている。レーダ信号送受信部１０３は、送信アンテナ（Ｔｘ）１０１と受信アンテナ（Ｒｘ）１０２を備えている。

第４の実施形態では、直接波が対象物に遮断されているか否かの判定にレーダ画像を用いる。直接波消去処理の前にレーダ画像を生成し、その画像を用いて各ＴｘとＲｘのペアに関して直接波が対象物に遮断されているか判定を行い、直接波消去処理を実施する。その後もう一度レーダ画像を生成し、それを最終画像として出力するか、もしくは直接波遮断判定結果の更新に用いて前記手順をもう一度行う。

イメージング処理部４０６、直接波遮断ペア判定部４０４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。

イメージング処理部４０６は、レーダ信号送受信部１０３で測定されたレーダ信号、もしくは直接波消去部１０５で処理されたレーダ信号Ｓ_ｍｅａｓ（ｎ，ｍ，ｆ）からレーダ画像を生成する。このレーダ画像を最終画像とするか判定し、最終画像とするならディスプレイや物体検出エンジンなどに出力し、そうでないなら直接波遮断ペア判定部４０４に出力する。

最終画像とするかどうかの判定は、例えば、イメージング処理部４０６と直接波遮断ペア判定部４０４および直接波消去部１０５から形成されるループを回った回数を基準に行う。ループが一回回ったら最終画像とするという設定でもよい。もしくは、直前のループにおけるレーダ画像と比較し、差分が充分小さければ最終画像とするなどの基準で判定を行う。

直接波遮断ペア判定部４０４は、レーダ画像を用いてそれぞれのＴｘとＲｘのペア（ｎ，ｍ）に関して直接波が対象物等に遮断されているか判定する。

判定法の一例を述べる。レーダ画像は３次元の複素画像であるとして、Ｉ（ｘ，ｙ，ｚ）と表記する。それぞれのＴｘとＲｘのペア（ｎ，ｍ）に関して、ＴｘとＲｘを結ぶ線分のある点が一定以上の画像強度を持つ、つまり事前に設定したある閾値ｔに対して下記式（８）を満たす、ＴｘとＲｘを結ぶ線分上の点（ｘ_０，ｙ_０，ｚ_０）が存在するならば、そのペアによる直接波は遮断されていると判定する。

［動作の説明］
次に、図１９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１の実施形態における処理と同じである。ただし出力先は異なり、直接波消去部１０５とイメージング処理部４０６にレーダ信号Ｓ_ｍｅａｓ（ｎ，ｍ，ｆ）を出力する。

イメージング処理部４０６は、レーダ信号送受信部１０３から出力されたレーダ信号、もしくは直接波消去部１０５から出力されたレーダ信号Ｓ_ｍｅａｓ（ｎ，ｍ，ｆ）からレーダ画像を生成する（ステップＳ４０８）。ステップＳ４０９では、イメージング処理部４０６が生成したレーダ画像を最終画像とするか判定する。最終画像とするなら（Ｓ４０９のＹｅｓ）、ディスプレイや物体検出エンジンなどにレーダ画像を出力する（ステップS４１０）。そうでないなら（Ｓ４０９のＮｏ）、レーダ画像を直接波遮断ペア判定部４０４に出力し、ステップS４０２を行う。

直接波遮断ペア判定部４０４は、イメージング処理部４０６から出力されたレーダ画像に基づいて、ＴｘとＲｘの各ペア（ｎ，ｍ）に関して直接波が対象物等に遮断されているか判定を行い、判定結果を直接波消去部１０５に出力する（ステップＳ４０２）。

ステップＳ１０３の処理は、第１の実施形態における処理と同じである。

［効果の説明］
第１と第２の実施の形態においては、あるＴｘとＲｘのペアによる直接波が遮断されているか判定する際に、そのペアによるレーダ信号のみを情報として用いていた。一方、第４の実施の形態のように全レーダ信号を用いて作成されるレーダ画像を判定に用いることで、他のペアのレーダ信号の情報も取り入れることができ、遮断判定の精度が向上する。その結果、遮断判定の結果を用いて直接波の影響を適切に取り除くことができ、高品質なレーダ画像を生成できる。

［ハードウエア構成］
次に、レーダ装置１００乃至４００のハードウエア構成の一例を説明する。レーダ装置１００乃至４００の各機能部は、任意のコンピュータのＣＰＵ（Central Processing Unit）、メモリ、メモリにロードされるプログラム、そのプログラムを格納するハードディスク等の記憶ユニット（あらかじめ装置を出荷する段階から格納されているプログラムのほか、ＣＤ（Compact Disc）等の記憶媒体やインターネット上のサーバ等からダウンロードされたプログラムをも格納できる）、ネットワーク接続用インターフェイスを中心にハードウエアとソフトウエアの任意の組合せによって実現される。そして、その実現方法、装置にはいろいろな変形例があることは、当業者には理解されるところである。

図２０は、レーダ装置１００乃至４００のハードウエア構成を例示するブロック図である。図示するように、レーダ装置１００乃至４００は、プロセッサ１Ａ、メモリ２Ａ、入出力インターフェイス３Ａ、周辺回路４Ａ、バス５Ａを有する。周辺回路４Ａには、様々なモジュールが含まれる。レーダ装置１００乃至４００は周辺回路４Ａを有さなくてもよい。なお、レーダ装置１００乃至４００は物理的及び／又は論理的に分かれた複数の装置で構成されてもよいし、物理的及び／又は論理的に一体となった１つの装置で構成されてもよい。レーダ装置１００乃至４００が物理的及び／又は論理的に分かれた複数の装置で構成される場合、複数の装置各々が上記ハードウエア構成を備えることができる。

バス５Ａは、プロセッサ１Ａ、メモリ２Ａ、周辺回路４Ａ及び入出力インターフェイス３Ａが相互にデータを送受信するためのデータ伝送路である。プロセッサ１Ａは、例えばＣＰＵ、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）などの演算処理装置である。メモリ２Ａは、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）などのメモリである。入出力インターフェイス３Ａは、入力装置、外部装置、外部サーバ、外部センサー、カメラ等から情報を取得するためのインターフェイスや、出力装置、外部装置、外部サーバ等に情報を出力するためのインターフェイスなどを含む。入力装置は、例えばキーボード、マウス、マイク、物理ボタン、タッチパネル等である。出力装置は、例えばディスプレイ、スピーカ、プリンター、メーラ等である。プロセッサ１Ａは、各モジュールに指令を出し、それらの演算結果をもとに演算を行うことができる。

上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限定されない。
１． 異なる位置に配置された複数の送信アンテナと複数の受信アンテナを用いた測定によるレーダ信号を取得するレーダ信号送受信手段と、
前記送信アンテナと前記受信アンテナの複数のペア各々に関し、直接波が遮断されているかどうかを判定する直接波遮断ペア判定手段と、
直接波が遮断されていないと判定された前記ペアの前記測定されたレーダ信号から直接波による寄与を消去する直接波消去手段と、
を備えたことを特徴とするレーダ装置。
２． 前記直接波消去手段により直接波の寄与が消去された前記測定されたレーダ信号に基づいてレーダ画像を生成するイメージング処理手段をさらに備えた１に記載のレーダ装置。
３． 前記直接波遮断ペア判定手段は、前記測定されたレーダ信号と、あらかじめ得られた直接波によるレーダ信号との強度比較に基づいて判定を行う１または２に記載のレーダ装置。
４． 前記直接波遮断ペア判定手段は、前記測定されたレーダ信号のレンジプロフィールと、あらかじめ得られた直接波によるレーダ信号のレンジプロフィールとの比較に基づいて判定を行う１または２に記載のレーダ装置。
５． 前記直接波遮断ペア判定手段は、直接波を遮断しうる対象物を把握可能なセンサ手段の検出信号に基づいて判定を行う１または２に記載のレーダ装置。
６． 前記直接波遮断ペア判定手段は、直接波の寄与が消去される前の前記測定されたレーダ信号に基づき生成されたレーダ画像に基づいて判定を行う１または２に記載のレーダ装置。
７． 前記直接波消去手段は、前記測定されたレーダ信号からあらかじめ得られた直接波によるレーダ信号に相当する分の減算処理を行う１から６のうちのいずれかに記載のレーダ装置。
８． 前記直接波消去手段は、前記測定されたレーダ信号のレンジプロフィールからあらかじめ得られた直接波によるレーダ信号のレンジプロフィールに相当する分の減算処理を行う１から６のうちのいずれかに記載のレーダ装置。
９． 前記直接波消去手段は、前記測定されたレーダ信号のレンジプロフィールと、あらかじめ得られた直接波によるレーダ信号のレンジプロフィールとの比較から算出される関数の乗算処理を行う１から６のうちのいずれかに記載のレーダ装置。
１０． コンピュータが、
異なる位置に配置された複数の送信アンテナと複数の受信アンテナを用いた測定によるレーダ信号を取得し、
前記送信アンテナと前記受信アンテナの複数のペア各々に関し、直接波が遮断されているかどうかを判定し、
直接波が遮断されていないと判定された前記ペアの前記測定されたレーダ信号から直接波による寄与を消去するイメージング方法。
１１． コンピュータを、
異なる位置に配置された複数の送信アンテナと複数の受信アンテナを用いた測定によるレーダ信号を取得するレーダ信号送受信手段、
前記送信アンテナと前記受信アンテナの複数のペア各々に関し、直接波が遮断されているかどうかを判定する直接波遮断ペア判定手段、
直接波が遮断されていないと判定された前記ペアの前記測定されたレーダ信号から直接波による寄与を消去する直接波消去手段、
として機能させるイメージングプログラム。

１００，２００，３００，４００，８００ レーダ装置
１０１，８０１ 送信アンテナ（Ｔｘ）
１０２，８０２ 受信アンテナ（Ｒｘ_）
１０３，８０３ レーダ信号送受信部
１０４，２０４，３０４，４０４ 直接波遮断ペア判定部
１０５，２０５，８０５ 直接波消去部
１０６，４０６，８０６ イメージング処理部
２０７ レンジプロフィール変換処理部
２０８ レンジプロフィール逆変換処理部
３０９ センサ

Claims (8)

1. 異なる位置に配置された複数の送信アンテナと複数の受信アンテナを用いた測定によるレーダ信号であって、前記送信アンテナから出射された後に物体で反射し、反射後に前記受信アンテナに届いた反射波の成分を含み、前記送信アンテナから出射された後に前記受信アンテナに直接届いた直接波の成分を含む場合と含まない場合とがあるレーダ信号を取得するレーダ信号送受信手段と、
   前記送信アンテナと前記受信アンテナの複数のペア各々に関し、直接波が遮断されているかどうかを判定する直接波遮断ペア判定手段と、
   直接波が遮断されていないと判定された前記ペアの前記測定されたレーダ信号から直接波による寄与を消去する直接波消去手段と、
   を備え、
   前記直接波遮断ペア判定手段は、
   前記測定されたレーダ信号と、あらかじめ得られた直接波によるレーダ信号との強度比較、
   前記測定されたレーダ信号のレンジプロフィールと、あらかじめ得られた直接波によるレーダ信号のレンジプロフィールとの比較、
   直接波を遮断しうる対象物を検出可能なセンサ手段の検出信号、又は、
   直接波の寄与が消去される前の前記測定されたレーダ信号に基づき生成されたレーダ画像、
   に基づいて、直接波が遮断されているかどうかを判定し、
   前記直接波消去手段は、直接波による寄与を消去する処理として、
   前記測定されたレーダ信号からあらかじめ得られた直接波によるレーダ信号に相当する分を減算する処理、
   前記測定されたレーダ信号のレンジプロフィールからあらかじめ得られた直接波によるレーダ信号のレンジプロフィールに相当する分を減算する処理、又は、
   前記測定されたレーダ信号のレンジプロフィールと、あらかじめ得られた直接波によるレーダ信号のレンジプロフィールとの比較から算出される関数を乗算する処理、
   を行うレーダ装置。
2. 前記直接波消去手段により直接波の寄与が消去された前記測定されたレーダ信号に基づいてレーダ画像を生成するイメージング処理手段をさらに備えた請求項１に記載のレーダ装置。
3. 前記直接波遮断ペア判定手段は、
   前記測定されたレーダ信号の強度が、あらかじめ得られた直接波によるレーダ信号の強度の所定割合より小さい場合、直接波が遮断されていると判定する請求項１又は２に記載のレーダ装置。
4. 前記直接波遮断ペア判定手段は、
   あらかじめ得られた直接波によるレーダ信号のレンジプロフィールの振幅の絶対値が、第１の送信アンテナと第１の受信アンテナの距離である第１の距離において最大となる場合、
   前記測定されたレーダ信号のレンジプロフィールの前記第１の距離における振幅の絶対値が、あらかじめ得られた直接波によるレーダ信号のレンジプロフィールの前記第１の距離における振幅の絶対値の所定割合より小さい場合、直接波が遮断されていると判定する請求項１又は２に記載のレーダ装置。
5. 前記直接波遮断ペア判定手段は、
   前記センサ手段の前記検出信号に基づき、前記送信アンテナと前記受信アンテナを結ぶ線分上で前記対象物が検出された場合、直接波が遮断されていると判定する請求項１又は２に記載のレーダ装置。
6. 前記直接波遮断ペア判定手段は、
   前記レーダ画像に基づき、前記送信アンテナと前記受信アンテナを結ぶ線分上で閾値以上の画像強度を持つ点が検出された場合、直接波が遮断されていると判定する請求項１又は２に記載のレーダ装置。
7. コンピュータが、
   異なる位置に配置された複数の送信アンテナと複数の受信アンテナを用いた測定によるレーダ信号であって、前記送信アンテナから出射された後に物体で反射し、反射後に前記受信アンテナに届いた反射波の成分を含み、前記送信アンテナから出射された後に前記受信アンテナに直接届いた直接波の成分を含む場合と含まない場合とがあるレーダ信号を取得するレーダ信号送受信工程と、
   前記送信アンテナと前記受信アンテナの複数のペア各々に関し、直接波が遮断されているかどうかを判定する直接波遮断ペア判定工程と、
   直接波が遮断されていないと判定された前記ペアの前記測定されたレーダ信号から直接波による寄与を消去する直接波消去工程と、
   を実行し、
   前記直接波遮断ペア判定工程では、
   前記測定されたレーダ信号と、あらかじめ得られた直接波によるレーダ信号との強度比較、
   前記測定されたレーダ信号のレンジプロフィールと、あらかじめ得られた直接波によるレーダ信号のレンジプロフィールとの比較、
   直接波を遮断しうる対象物を検出可能なセンサ手段の検出信号、又は、
   直接波の寄与が消去される前の前記測定されたレーダ信号に基づき生成されたレーダ画像、
   に基づいて、直接波が遮断されているかどうかを判定し、
   前記直接波消去工程では、直接波による寄与を消去する処理として、
   前記測定されたレーダ信号からあらかじめ得られた直接波によるレーダ信号に相当する分を減算する処理、
   前記測定されたレーダ信号のレンジプロフィールからあらかじめ得られた直接波によるレーダ信号のレンジプロフィールに相当する分を減算する処理、又は、
   前記測定されたレーダ信号のレンジプロフィールと、あらかじめ得られた直接波によるレーダ信号のレンジプロフィールとの比較から算出される関数を乗算する処理、
   を行うイメージング方法。
8. コンピュータを、
   異なる位置に配置された複数の送信アンテナと複数の受信アンテナを用いた測定によるレーダ信号であって、前記送信アンテナから出射された後に物体で反射し、反射後に前記受信アンテナに届いた反射波の成分を含み、前記送信アンテナから出射された後に前記受信アンテナに直接届いた直接波の成分を含む場合と含まない場合とがあるレーダ信号を取得するレーダ信号送受信手段、
   前記送信アンテナと前記受信アンテナの複数のペア各々に関し、直接波が遮断されているかどうかを判定する直接波遮断ペア判定手段、
   直接波が遮断されていないと判定された前記ペアの前記測定されたレーダ信号から直接波による寄与を消去する直接波消去手段、
   として機能させ、
   前記直接波遮断ペア判定手段は、
   前記測定されたレーダ信号と、あらかじめ得られた直接波によるレーダ信号との強度比較、
   前記測定されたレーダ信号のレンジプロフィールと、あらかじめ得られた直接波によるレーダ信号のレンジプロフィールとの比較、
   直接波を遮断しうる対象物を検出可能なセンサ手段の検出信号、又は、
   直接波の寄与が消去される前の前記測定されたレーダ信号に基づき生成されたレーダ画像、
   に基づいて、直接波が遮断されているかどうかを判定し、
   前記直接波消去手段は、直接波による寄与を消去する処理として、
   前記測定されたレーダ信号からあらかじめ得られた直接波によるレーダ信号に相当する分を減算する処理、
   前記測定されたレーダ信号のレンジプロフィールからあらかじめ得られた直接波によるレーダ信号のレンジプロフィールに相当する分を減算する処理、又は、
   前記測定されたレーダ信号のレンジプロフィールと、あらかじめ得られた直接波によるレーダ信号のレンジプロフィールとの比較から算出される関数を乗算する処理、
   を行うイメージングプログラム。

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