JPH05249238A - 高速位相差オートフォーカス - Google Patents
高速位相差オートフォーカスInfo
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- JPH05249238A JPH05249238A JP4319082A JP31908292A JPH05249238A JP H05249238 A JPH05249238 A JP H05249238A JP 4319082 A JP4319082 A JP 4319082A JP 31908292 A JP31908292 A JP 31908292A JP H05249238 A JPH05249238 A JP H05249238A
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- G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
- G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
- G01S13/89—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
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- G01S13/90—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging using synthetic aperture techniques, e.g. synthetic aperture radar [SAR] techniques
- G01S13/9004—SAR image acquisition techniques
- G01S13/9011—SAR image acquisition techniques with frequency domain processing of the SAR signals in azimuth
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- G01S13/9019—Auto-focussing of the SAR signals
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】ＳＡＲの信号処理時間を短くする位相差オート
フォーカス方法を得る。 【構成】従来の距離ビン毎にＦＦＴを行っていた方法の
代りに、各距離ビンの交差スペクトルに適切な位相シフ
トを行うことで各距離ビンに対する検出処理が省略さ
れ、リニヤの操作となるため従来のＦＦＴは積分操作と
交換され得る。この積分をコヒーレントな積分として、
従来の方法と殆ど同一結果となる極めて高速な位相差オ
ートフォーカスを得る。
フォーカス方法を得る。 【構成】従来の距離ビン毎にＦＦＴを行っていた方法の
代りに、各距離ビンの交差スペクトルに適切な位相シフ
トを行うことで各距離ビンに対する検出処理が省略さ
れ、リニヤの操作となるため従来のＦＦＴは積分操作と
交換され得る。この積分をコヒーレントな積分として、
従来の方法と殆ど同一結果となる極めて高速な位相差オ
ートフォーカスを得る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、合成アレイレーダ（Ｓ
ＡＲ）信号の処理、特にその様なＳＡＲ信号の処理で使
用するための位相差オートフォーカスの方法に関する。
ＡＲ）信号の処理、特にその様なＳＡＲ信号の処理で使
用するための位相差オートフォーカスの方法に関する。
【０００２】
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】多くの実時間ＳＡＲに
レーダ生成物はオートフォーカス方法を必要とする。本
発明の出願人によって開発された現在の位相差の方法で
は高速フーリエ変換（ＦＦＴ）がイメージの多くの距離
ビン上で行われなければならない。この方法は、本発明
の出願人の米国特許第 4,999,635号明細書の“合成孔レ
ーダ・イメージの位相差オートフォーカス”で開示され
る。この方法の１つの欠点は、それを実行するために多
くのＦＦＴが必要とされることである。
レーダ生成物はオートフォーカス方法を必要とする。本
発明の出願人によって開発された現在の位相差の方法で
は高速フーリエ変換（ＦＦＴ）がイメージの多くの距離
ビン上で行われなければならない。この方法は、本発明
の出願人の米国特許第 4,999,635号明細書の“合成孔レ
ーダ・イメージの位相差オートフォーカス”で開示され
る。この方法の１つの欠点は、それを実行するために多
くのＦＦＴが必要とされることである。
【０００４】米国特許第 4,999,635号明細書で序論に説
明された基本的な位相差方法では、２つのサブイメージ
の間の相対的ドリフトがサブイメージを実際に形成する
ことなしに推定される。サブアレイは単純に混ぜ合さ
れ、ＦＦＴフィルター・バンクは結果的にできた生成物
から形成される。それから、ＦＦＴフィルターは検出さ
れて、位相差オートフォーカスの汎関数を作る。ドリフ
トτxyはオートフォーカス汎関数のピークの位置を見付
けることによって得られる。基本的な位相エラーを推定
する際の統計的ノイズを減少させるために、このオート
フォーカス汎関数を作る工程は多くの距離ビン上で繰り
返される。ドリフトτxyは距離ビン上で積分されるオー
トフォーカス汎関数から推定される。
明された基本的な位相差方法では、２つのサブイメージ
の間の相対的ドリフトがサブイメージを実際に形成する
ことなしに推定される。サブアレイは単純に混ぜ合さ
れ、ＦＦＴフィルター・バンクは結果的にできた生成物
から形成される。それから、ＦＦＴフィルターは検出さ
れて、位相差オートフォーカスの汎関数を作る。ドリフ
トτxyはオートフォーカス汎関数のピークの位置を見付
けることによって得られる。基本的な位相エラーを推定
する際の統計的ノイズを減少させるために、このオート
フォーカス汎関数を作る工程は多くの距離ビン上で繰り
返される。ドリフトτxyは距離ビン上で積分されるオー
トフォーカス汎関数から推定される。
【０００５】従来の技術の位相差オートフォーカス方法
は、下記のステップに要約することができる。各距離ビ
ンからの全アレイは２つのサブアレイＸ、Ｙに分割され
る。それから、２つのサブアレイは一緒に複素共軛乗算
され、サブアレイによって生成される２つのサブ・マッ
プの交差スペクトルを生成する。次ぎに、振幅加重が適
用された後で、ＦＦＴが交差スペクトルに実行されて、
複素交差相関関数を生成する。各距離ビンが処理される
間に、１回のＦＦＴがサブアレイの複素共軛生成物に実
行される。Ｍがサブアレイの長さを示すならば、各距離
ビン処理はＭ＊log 2 （Ｍ）複素乗算になる。平易にす
るために、Ｍ点のＦＦＴが行われると仮定する。そし
て、交差相関関数は振幅検出される。それから、振幅検
出された交差相関関数は距離ビンに亘って合計され、合
計交差相関関数を作る。次ぎに、残りの９０度の位相エ
ラーに比例する合計交差相関関数のピークの位置、τxy
が見出される。最後に、中心から端部までの９０度位相
の位相エラーΦq がτxyに換算係数を乗算することによ
って得られる。要約すると、１回のＦＦＴ操作が各距離
ビンに対するＦＦＴフィルタを生成するために必要とさ
れる。それから検出されたＦＦＴフィルタは距離ビン全
体に亘って積分される。それらのＦＦＴフィルタが距離
ビンに亘ってコヒーレントに加算され得ないので、検出
操作は必要である。
は、下記のステップに要約することができる。各距離ビ
ンからの全アレイは２つのサブアレイＸ、Ｙに分割され
る。それから、２つのサブアレイは一緒に複素共軛乗算
され、サブアレイによって生成される２つのサブ・マッ
プの交差スペクトルを生成する。次ぎに、振幅加重が適
用された後で、ＦＦＴが交差スペクトルに実行されて、
複素交差相関関数を生成する。各距離ビンが処理される
間に、１回のＦＦＴがサブアレイの複素共軛生成物に実
行される。Ｍがサブアレイの長さを示すならば、各距離
ビン処理はＭ＊log 2 （Ｍ）複素乗算になる。平易にす
るために、Ｍ点のＦＦＴが行われると仮定する。そし
て、交差相関関数は振幅検出される。それから、振幅検
出された交差相関関数は距離ビンに亘って合計され、合
計交差相関関数を作る。次ぎに、残りの９０度の位相エ
ラーに比例する合計交差相関関数のピークの位置、τxy
が見出される。最後に、中心から端部までの９０度位相
の位相エラーΦq がτxyに換算係数を乗算することによ
って得られる。要約すると、１回のＦＦＴ操作が各距離
ビンに対するＦＦＴフィルタを生成するために必要とさ
れる。それから検出されたＦＦＴフィルタは距離ビン全
体に亘って積分される。それらのＦＦＴフィルタが距離
ビンに亘ってコヒーレントに加算され得ないので、検出
操作は必要である。
【０００６】複素共軛乗算ステップから逸脱した交差ス
ペクトルでは、支配的周波数は、元の全アレイに見出さ
れる残りの９０度位相エラーに比例する。支配的周波数
の最初の位相が各距離ビンで異なるので、交差スペクト
ルは従来の位相差の方法では平均されない。この従来の
位相差オートフォーカス方法では距離ビン全体を合計す
る前に、交差相関関数の振幅検出はデータを整列する。
ペクトルでは、支配的周波数は、元の全アレイに見出さ
れる残りの９０度位相エラーに比例する。支配的周波数
の最初の位相が各距離ビンで異なるので、交差スペクト
ルは従来の位相差の方法では平均されない。この従来の
位相差オートフォーカス方法では距離ビン全体を合計す
る前に、交差相関関数の振幅検出はデータを整列する。
【０００７】従って、多くの現存する実時間ＳＡＲレー
ダ生成物にとって、より計算するのに効率的なオートフ
ォーカス方法が殊に望ましいのである。ＦＦＴは莫大な
量の計算を必要とするので、ＦＦＴの回数の減少は計算
時間をかなり減らす。実時間システムでは、計算時間の
短縮化は望ましいばかりでなく必須である。
ダ生成物にとって、より計算するのに効率的なオートフ
ォーカス方法が殊に望ましいのである。ＦＦＴは莫大な
量の計算を必要とするので、ＦＦＴの回数の減少は計算
時間をかなり減らす。実時間システムでは、計算時間の
短縮化は望ましいばかりでなく必須である。
【０００８】
【課題を解決するための手段及び作用】現在の位相差オ
ートフォーカス方法の限界に打ち勝ち、且つより計算す
るのに効率的なオートフォーカス方法を提供するため
に、ＳＡＲイメージ全体のためにたった１回のＦＦＴだ
けを必要とする高速位相差オートフォーカス方法が開発
された。本発明の位相差オートフォーカス方法は、上手
くフォーカスされたＳＡＲイメージの生成を可能にしな
がら自動的に且つ効率的に位相エラーを推定し、レーダ
信号から位相エラーを取り除く。
ートフォーカス方法の限界に打ち勝ち、且つより計算す
るのに効率的なオートフォーカス方法を提供するため
に、ＳＡＲイメージ全体のためにたった１回のＦＦＴだ
けを必要とする高速位相差オートフォーカス方法が開発
された。本発明の位相差オートフォーカス方法は、上手
くフォーカスされたＳＡＲイメージの生成を可能にしな
がら自動的に且つ効率的に位相エラーを推定し、レーダ
信号から位相エラーを取り除く。
【０００９】この位相差オートフォーカス方法は下記の
ステップから構成される。最初に、各距離ビンからの全
アレイが２つのサブアレイに分割される。その２つのサ
ブアレイは一緒に複素共軛乗算されて、圧縮されたなら
サブアレイによって生成されていたであろう２つのサブ
・マップの交差スペクトルを生成する。それから、交差
スペクトルの位相は、既に処理された距離ビンからの交
差スペクトルの累算合計と整列される。これは、第２次
生成物を作るために先行の交差スペクトルの累積合計を
現在の交差スペクトルと複素共軛乗算することによって
達成される。この積の全てのサンンプルが合計されて、
そこから位相が抽出される。この位相を具備する複素位
相素子（complex phasor）は、現在の交差スペクトルと
乗算されて、位相を整列する。それから、全ての距離ビ
ンが合計されるまで、整列位相の交差スペクトルは交差
スペクトルの累積合計に加算される。全ての距離ビンが
処理されて最終交差スペクトルの合計を出す。この時点
より以前にＦＦＴは全く実行されないため、この方法は
相当に速い。次ぎに、振幅加重関数が最終交差スペクト
ルの合計に適用され、ＦＦＴは交差スペクトル相関関数
が作られるように実行される。それから、交差相関関数
は振幅検出される。交差相関関数のピークの位置は位相
エラーに比例する。全アレイで中心から端部までの９０
度位相エラーはピークの位置に換算係数を乗算すること
によって得られる。
ステップから構成される。最初に、各距離ビンからの全
アレイが２つのサブアレイに分割される。その２つのサ
ブアレイは一緒に複素共軛乗算されて、圧縮されたなら
サブアレイによって生成されていたであろう２つのサブ
・マップの交差スペクトルを生成する。それから、交差
スペクトルの位相は、既に処理された距離ビンからの交
差スペクトルの累算合計と整列される。これは、第２次
生成物を作るために先行の交差スペクトルの累積合計を
現在の交差スペクトルと複素共軛乗算することによって
達成される。この積の全てのサンンプルが合計されて、
そこから位相が抽出される。この位相を具備する複素位
相素子（complex phasor）は、現在の交差スペクトルと
乗算されて、位相を整列する。それから、全ての距離ビ
ンが合計されるまで、整列位相の交差スペクトルは交差
スペクトルの累積合計に加算される。全ての距離ビンが
処理されて最終交差スペクトルの合計を出す。この時点
より以前にＦＦＴは全く実行されないため、この方法は
相当に速い。次ぎに、振幅加重関数が最終交差スペクト
ルの合計に適用され、ＦＦＴは交差スペクトル相関関数
が作られるように実行される。それから、交差相関関数
は振幅検出される。交差相関関数のピークの位置は位相
エラーに比例する。全アレイで中心から端部までの９０
度位相エラーはピークの位置に換算係数を乗算すること
によって得られる。
【００１０】
【実施例】図面を参照すると、図１は位相差オートフォ
ーカス方法10を示す。従来の技術の所で説明された従来
のオートフォーカス方法と比較すると、本発明では、各
距離ビンの交差スペクトルのための適切な位相のシフト
を計算することによって、従来の技術のオートフォーカ
ス方法での距離ビン処理から検出工程が省略されること
ができる。検出工程が必要でなくなると、それらはリニ
ヤの操作であるので、ＦＦＴと積分操作とは交換され得
る。これは必要な計算負荷をかなり減らす。これが、図
１に示された本発明の位相差オートフォーカス方法10の
核心である。
ーカス方法10を示す。従来の技術の所で説明された従来
のオートフォーカス方法と比較すると、本発明では、各
距離ビンの交差スペクトルのための適切な位相のシフト
を計算することによって、従来の技術のオートフォーカ
ス方法での距離ビン処理から検出工程が省略されること
ができる。検出工程が必要でなくなると、それらはリニ
ヤの操作であるので、ＦＦＴと積分操作とは交換され得
る。これは必要な計算負荷をかなり減らす。これが、図
１に示された本発明の位相差オートフォーカス方法10の
核心である。
【００１１】より詳しくは、高速位相差方法10は下記の
ステップから構成される。最初に、交差スペクトルが各
距離ビンに対して形成される11。この時、各距離ビンか
らの全アレイは２つのサブアレイＸ、Ｙに分割されて、
長さＭの２つのサブアレイＸn （ｍ）及びＹn （ｍ）が
形成される。ここで、各アレイに関してｎは距離ビン指
数を、またｍはサンプル指数を示す。それからサブアレ
イＸn （ｍ）は共軛器12を使って複素共軛され且つ乗算
器13のを使ってサブアレイＹn （ｍ）と乗算されて、圧
縮されたならばサブアレイＸ、Ｙによって生成されてい
たであろう、２つのサブ・マップから交差スペクトルｒ
n （ｍ）、ここで１＜ｍ＜Ｍ、を生成する。次ぎに、交
差スペクトルを先行して処理された距離ビンからの交差
スペクトルの累積合計と整列されるであろう位相素子が
決定される。交差スペクトルｒn（ｍ）は複素共軛され2
2、また乗算器23を使って累積器27の累積値ＳＵＭ
n-1（ｍ）と乗算される。結果として生じた積からの複
素数サンプルはステップ24で合計されて、複素量Ｓn に
なる。その振幅は統一体に正規化（normalize to unit
y）されて、ステップ25で位相素子ｅのｊΨｎ乗を形成
する。位相素子ｅのｊΨｎ乗は成形されて、距離ビンに
亘ってｒn （ｍ）のコヒーレントな積分を確実にする。
交差スペクトルｒn （ｍ）は乗算器26を使って位相素子
ｅのｊΨｎ乗と乗算されてその位相を整列し、それから
累算器27でＳＵＭn-1 （ｍ）に加算されて更新された累
積合計ＳＵＭn （ｍ）を生成する。
ステップから構成される。最初に、交差スペクトルが各
距離ビンに対して形成される11。この時、各距離ビンか
らの全アレイは２つのサブアレイＸ、Ｙに分割されて、
長さＭの２つのサブアレイＸn （ｍ）及びＹn （ｍ）が
形成される。ここで、各アレイに関してｎは距離ビン指
数を、またｍはサンプル指数を示す。それからサブアレ
イＸn （ｍ）は共軛器12を使って複素共軛され且つ乗算
器13のを使ってサブアレイＹn （ｍ）と乗算されて、圧
縮されたならばサブアレイＸ、Ｙによって生成されてい
たであろう、２つのサブ・マップから交差スペクトルｒ
n （ｍ）、ここで１＜ｍ＜Ｍ、を生成する。次ぎに、交
差スペクトルを先行して処理された距離ビンからの交差
スペクトルの累積合計と整列されるであろう位相素子が
決定される。交差スペクトルｒn（ｍ）は複素共軛され2
2、また乗算器23を使って累積器27の累積値ＳＵＭ
n-1（ｍ）と乗算される。結果として生じた積からの複
素数サンプルはステップ24で合計されて、複素量Ｓn に
なる。その振幅は統一体に正規化（normalize to unit
y）されて、ステップ25で位相素子ｅのｊΨｎ乗を形成
する。位相素子ｅのｊΨｎ乗は成形されて、距離ビンに
亘ってｒn （ｍ）のコヒーレントな積分を確実にする。
交差スペクトルｒn （ｍ）は乗算器26を使って位相素子
ｅのｊΨｎ乗と乗算されてその位相を整列し、それから
累算器27でＳＵＭn-1 （ｍ）に加算されて更新された累
積合計ＳＵＭn （ｍ）を生成する。
【００１２】一旦、交差スペクトルが27で全ての距離ビ
ンに亘って合計されて最終交差スペクトルの合計を得る
ならば、それはＦＦＴを使って交差相関関数を作るため
に処理される。ＦＦＴはこの時点より以前に全く実行さ
れないので、この方法は相当に速い。最終交差スペクト
ルの合計は振幅加重関数15と乗算されて16、Ｋ点のＦＦ
Ｔ17によって処理されて、複素交差相関関数を作る。次
ぎに、交差相関関数は振幅検出される18。交差相関関数
のピークの位置τxyはステップ19で決定される。その値
τxyは位相エラーに比例する。最後に、値τxyはスケー
ル係数τxyＭ2／（４ＬＫ）を乗算されて20、中心から
端部までの推定９０度位相エラーΦq を作る。
ンに亘って合計されて最終交差スペクトルの合計を得る
ならば、それはＦＦＴを使って交差相関関数を作るため
に処理される。ＦＦＴはこの時点より以前に全く実行さ
れないので、この方法は相当に速い。最終交差スペクト
ルの合計は振幅加重関数15と乗算されて16、Ｋ点のＦＦ
Ｔ17によって処理されて、複素交差相関関数を作る。次
ぎに、交差相関関数は振幅検出される18。交差相関関数
のピークの位置τxyはステップ19で決定される。その値
τxyは位相エラーに比例する。最後に、値τxyはスケー
ル係数τxyＭ2／（４ＬＫ）を乗算されて20、中心から
端部までの推定９０度位相エラーΦq を作る。
【００１３】より詳しくは、高速位相差オートフォーカ
ス方法10は、サブアレイの第２次整列生成物（ＦＦＴ操
作への出力）のコヒーレントに積分を実行し、それで、
ＦＦＴ中に必要とされる複素乗算操作の数を相当に減ら
す。図１では、この位相差オートフォーカス方法10で、
たった１回のＦＦＴだけがステップ17で整列位相交差ス
ペクトルの合計に実行されることを示す。これは全ての
距離ビンに亘る共軛生成物を合計し、それからステップ
17内で１回のＦＦＴを実行することによって達成され
る。距離ビン間のコヒーレントな積分を確実にするに
は、各共軛生成物が複素位相素子ｅのｊΨｎ乗乗によっ
て乗算、即ち２＊Ｍ複素乗算を採る操作が行われる。こ
こでＭはサブアレイの長さを示す。従って、Ｎが距離ビ
ンの数を示すとすると、従来の位相差オートフォーカス
方法はＮ＊Ｍ＊log 2 （Ｍ）の複素乗算を必要としたで
あろうが、この高速位相差オートフォーカス方法10はた
ったＮ＊２＊Ｍ＋Ｍ＊log 2 （Ｍ）だけを必要とする。
これは計算時間の著しい減少をもたらす。
ス方法10は、サブアレイの第２次整列生成物（ＦＦＴ操
作への出力）のコヒーレントに積分を実行し、それで、
ＦＦＴ中に必要とされる複素乗算操作の数を相当に減ら
す。図１では、この位相差オートフォーカス方法10で、
たった１回のＦＦＴだけがステップ17で整列位相交差ス
ペクトルの合計に実行されることを示す。これは全ての
距離ビンに亘る共軛生成物を合計し、それからステップ
17内で１回のＦＦＴを実行することによって達成され
る。距離ビン間のコヒーレントな積分を確実にするに
は、各共軛生成物が複素位相素子ｅのｊΨｎ乗乗によっ
て乗算、即ち２＊Ｍ複素乗算を採る操作が行われる。こ
こでＭはサブアレイの長さを示す。従って、Ｎが距離ビ
ンの数を示すとすると、従来の位相差オートフォーカス
方法はＮ＊Ｍ＊log 2 （Ｍ）の複素乗算を必要としたで
あろうが、この高速位相差オートフォーカス方法10はた
ったＮ＊２＊Ｍ＋Ｍ＊log 2 （Ｍ）だけを必要とする。
これは計算時間の著しい減少をもたらす。
【００１４】本発明の位相差オートフォーカス方法10の
背後にある理論は下記の通りである。第ｎ番目の距離ビ
ンの位相変動を次ぎの式（７）で示す。
背後にある理論は下記の通りである。第ｎ番目の距離ビ
ンの位相変動を次ぎの式（７）で示す。
【００１５】
【数４】 そうすると、長さＭの２つのサブアレイＸn （ｍ）とＹ
n （ｍ）とは夫々次ぎの式（８）、（９）で与えられ
る。
n （ｍ）とは夫々次ぎの式（８）、（９）で与えられ
る。
【００１６】
【数５】 ２つのサブアレイからの対応するサンプルは２Ｌポイン
ト離れている。つまり、第１のサブアレイＸn （ｍ）の
複素乗算をした後で、サブアレイＸn （ｍ）、Ｙ
n （ｍ）は乗算（混合）される。その結果は次ぎの式
（10）で与えられる。
ト離れている。つまり、第１のサブアレイＸn （ｍ）の
複素乗算をした後で、サブアレイＸn （ｍ）、Ｙ
n （ｍ）は乗算（混合）される。その結果は次ぎの式
（10）で与えられる。
【００１７】
【数６】 それからｒn （ｍ）が距離ビン全体に亘って合計され、
たった１回のＦＦＴがステップ17で実行される。コヒー
レントな積分を確実にするために、位相素子ｅのｊΨｎ
乗が計算され、ｒn （ｍ）と乗算される。最初に距離ビ
ンに亘る交差スペクトルを合計し、またステップ17でた
った１回のＦＦＴを実行することの背後の理論は下記の
通りである。
たった１回のＦＦＴがステップ17で実行される。コヒー
レントな積分を確実にするために、位相素子ｅのｊΨｎ
乗が計算され、ｒn （ｍ）と乗算される。最初に距離ビ
ンに亘る交差スペクトルを合計し、またステップ17でた
った１回のＦＦＴを実行することの背後の理論は下記の
通りである。
【００１８】第１の距離ビンに対して、合計ＳＵＭ
n （ｍ）が第１の共軛生成物ｒ1 （ｍ）で初期設定さ
れ、次ぎの式（11）で、また第２の距離ビンに対して
は、複素共軛生成物は次ぎの式（12）で与えられる。
n （ｍ）が第１の共軛生成物ｒ1 （ｍ）で初期設定さ
れ、次ぎの式（11）で、また第２の距離ビンに対して
は、複素共軛生成物は次ぎの式（12）で与えられる。
【００１９】
【数７】 それから、複素位相素子ｅのｊΨｎ乗を見付けて、ｒ2
（ｍ）×（ｅのｊΨｎ乗）がコヒーレントにＳＵＭ
1 （ｍ）に加算され得ることが望ましい。その様な位相
素子を見付けるために、合計Ｓ2 は下記の式（13）で与
えられ、また式（14）の条件下では、式（15）によって
与えられる。
（ｍ）×（ｅのｊΨｎ乗）がコヒーレントにＳＵＭ
1 （ｍ）に加算され得ることが望ましい。その様な位相
素子を見付けるために、合計Ｓ2 は下記の式（13）で与
えられ、また式（14）の条件下では、式（15）によって
与えられる。
【００２０】
【数８】 項｛ｒ２（ｍ）×（ｅのｊΨｎ乗）｝、１＜ｍ＜Ｍ、は
同じ初期位相と｛ＳＵＭ1 （ｍ）｝、１＜ｍ＜Ｍ、のよ
うなスロープとを持ち、それ故に下記の方程式（16）に
従ってコヒーレントに加算されることができる。
同じ初期位相と｛ＳＵＭ1 （ｍ）｝、１＜ｍ＜Ｍ、のよ
うなスロープとを持ち、それ故に下記の方程式（16）に
従ってコヒーレントに加算されることができる。
【００２１】
【数９】 一般に、第ｎ番目の距離ビンに対しては、複素共軛生成
物は次式（17）のフォームを持ち、複素量Ｓn は下記の
方程式（18）を使って得られる。
物は次式（17）のフォームを持ち、複素量Ｓn は下記の
方程式（18）を使って得られる。
【００２２】
【数１０】 そして、次式（19）のようにΨn がＳn の位相に対して
設定されると、合計は式（20）によって与えられる。
設定されると、合計は式（20）によって与えられる。
【００２３】
【数１１】 全てのＮ距離ビンの処理の後はＳＵＭN （ｍ）は式（2
1）となる。
1）となる。
【００２４】
【数１２】 本発明の位相差オートフォーカス方法10で、Ｋポイント
のＦＦＴ17は｛ＳＵＭN （ｍ）｝、１≦ｍ≦Ｍ，で実行
される。ＦＦＴ17の出力フィルタは振幅検出器18によっ
て検出され、ピークの応答位置τxyはステップ19で決定
される。従って中心かっら端部までの９０度位相エラー
Φq は、乗算器20を使って方程式Φq ＝−２πτxyＭ2
／（４ＬＫ）で決定される。
のＦＦＴ17は｛ＳＵＭN （ｍ）｝、１≦ｍ≦Ｍ，で実行
される。ＦＦＴ17の出力フィルタは振幅検出器18によっ
て検出され、ピークの応答位置τxyはステップ19で決定
される。従って中心かっら端部までの９０度位相エラー
Φq は、乗算器20を使って方程式Φq ＝−２πτxyＭ2
／（４ＬＫ）で決定される。
【００２５】示されたように、９０度位相エラーの推定
は、各距離ビンから２つのサブアレイＸ、Ｙを形成する
ことと、複素共軛乗算の積｛Ｘ* Ｙ｝を処理すること
と、交差相関関数のピークの位置を決定することとを含
む。米国特許第4,999,635 号明細書で開示された基本的
な位相差方法で説明されるように、９０度および３次元
の位相エラーの同時推定は、各距離ビンから３つのアレ
イ、Ｘ、Ｙ、Ｚを形成することと、２つの複素共軛乗算
積｛Ｘ* Ｙ｝、｛Ｚ* Ｙ｝を処理することと、２つの交
差相関関数からピークの位置を決定することとを含む。
本発明の高速位相差オートフォーカス方法は、９０度お
よび３次元の位相エラーを推定するために２つの複素共
軛乗算積｛Ｘ* Ｙ｝、｛Ｚ* Ｙ｝の処理と同じ様に拡張
され得る。位相差オートフォーカス方法10の性能を評価
するために、莫大な数の先行アレイ合成レーダ・システ
ム（Advanced Synthetic Array System ）（ＡＳＡＲ
Ｓ）のスポットライト・モード・データがオフラインで
処理された。各データのセットに対して９０度および３
次元の位相エラーは、高速位相差オートフォーカス方法
10を適用することによって推定された。従って、これら
の結果は上記で引用された特許の基本的な位相差オート
フォーカス方法によって得られる推定値と比較された。
表１は関連する状況の情報と各方法によって検出された
位相エラーの量を比較する。テスト事例の大半では、高
速位相差オートフォーカス方法10と米国特許第4,999,63
5 号明細書で開示された従来の位相差オートフォーカス
方法との両方は、極めて上手く焦点を合わせられたイメ
ージを生成した。位相エラー推定値の一致度は非常に高
かった。その事例の半分以上で、９０度の位相エラー推
定値は１００度以内で一致する。
は、各距離ビンから２つのサブアレイＸ、Ｙを形成する
ことと、複素共軛乗算の積｛Ｘ* Ｙ｝を処理すること
と、交差相関関数のピークの位置を決定することとを含
む。米国特許第4,999,635 号明細書で開示された基本的
な位相差方法で説明されるように、９０度および３次元
の位相エラーの同時推定は、各距離ビンから３つのアレ
イ、Ｘ、Ｙ、Ｚを形成することと、２つの複素共軛乗算
積｛Ｘ* Ｙ｝、｛Ｚ* Ｙ｝を処理することと、２つの交
差相関関数からピークの位置を決定することとを含む。
本発明の高速位相差オートフォーカス方法は、９０度お
よび３次元の位相エラーを推定するために２つの複素共
軛乗算積｛Ｘ* Ｙ｝、｛Ｚ* Ｙ｝の処理と同じ様に拡張
され得る。位相差オートフォーカス方法10の性能を評価
するために、莫大な数の先行アレイ合成レーダ・システ
ム（Advanced Synthetic Array System ）（ＡＳＡＲ
Ｓ）のスポットライト・モード・データがオフラインで
処理された。各データのセットに対して９０度および３
次元の位相エラーは、高速位相差オートフォーカス方法
10を適用することによって推定された。従って、これら
の結果は上記で引用された特許の基本的な位相差オート
フォーカス方法によって得られる推定値と比較された。
表１は関連する状況の情報と各方法によって検出された
位相エラーの量を比較する。テスト事例の大半では、高
速位相差オートフォーカス方法10と米国特許第4,999,63
5 号明細書で開示された従来の位相差オートフォーカス
方法との両方は、極めて上手く焦点を合わせられたイメ
ージを生成した。位相エラー推定値の一致度は非常に高
かった。その事例の半分以上で、９０度の位相エラー推
定値は１００度以内で一致する。
【００２６】図２及び図３は、表１で示される状況39に
対する各方法によるオートフォーカスの汎関数の出力を
示す。両方の汎関数のピークの応答は、急勾配で上手に
形成されていて、書き込まれたピークの位置は、１０度
以内で一致する９０度の位相推定値を生じる。本発明の
位相差オートフォーカス方法10は、従来の位相差オート
フォーカス方法よりもクラッタ率のいっそう高い目標を
持つということに注意するべきである。さらに、高速位
相差オートフォーカス方法10は処理をするのに必要とさ
れるＦＦＴの回数を減少させるので、計算速度を著しく
速める。
対する各方法によるオートフォーカスの汎関数の出力を
示す。両方の汎関数のピークの応答は、急勾配で上手に
形成されていて、書き込まれたピークの位置は、１０度
以内で一致する９０度の位相推定値を生じる。本発明の
位相差オートフォーカス方法10は、従来の位相差オート
フォーカス方法よりもクラッタ率のいっそう高い目標を
持つということに注意するべきである。さらに、高速位
相差オートフォーカス方法10は処理をするのに必要とさ
れるＦＦＴの回数を減少させるので、計算速度を著しく
速める。
【００２７】このように、合成アレイレーダ（ＳＡＲ）
の信号処理で使用するための新しいまた改良された高速
位相差オートフォーカス方法が説明された。上記で説明
された実施例は、本発明の原理の適用を示す多くの個々
の実施例の幾つかをただ例示しただけである。明らか
に、非常に多くの他の設計が、本発明の範囲から離れる
ことなしに当業者によって容易に考案され得る。
の信号処理で使用するための新しいまた改良された高速
位相差オートフォーカス方法が説明された。上記で説明
された実施例は、本発明の原理の適用を示す多くの個々
の実施例の幾つかをただ例示しただけである。明らか
に、非常に多くの他の設計が、本発明の範囲から離れる
ことなしに当業者によって容易に考案され得る。
【００２８】
【表１】
【図１】本発明の高速位相差オートフォーカス方法の
図。
図。
【図２】従来の方法のオートフォーカス機能の出力のグ
ラフ。
ラフ。
【図３】図１の方法のオートフォーカス機能の出力のグ
ラフ。
ラフ。
10…位相差オートフォーカス方法、11…交差スペクト
ル、12,22 …共軛器、13,16,20,23,26,29 …乗算器、15
…振幅加重、17…Ｋ点のＦＦＴ、19,24,27…加算器。
ル、12,22 …共軛器、13,16,20,23,26,29 …乗算器、15
…振幅加重、17…Ｋ点のＦＦＴ、19,24,27…加算器。
フロントページの続き (72)発明者 エリック・ダブリュ・デイ アメリカ合衆国、カリフォルニア州 91401、バン・ニュイズ、フルトン・アベ ニュー 5260 (72)発明者 タミー・エル・フランダース アメリカ合衆国、カリフォルニア州 90293、プラヤ・デル・レイ、アパートメ ント 203、サルマウス・アベニュー 8674
Claims (7)
- 【請求項１】 合成アレイレーダデータの夫々の距離ビ
ンを２つのサブアレイに分割する事と、 ２つのサブアレイを一緒に複素共軛乗算して交差スペク
トルを作る事と、 交差スペクトルの為の複素位相素子を決定してその位相
を整列し、前に処理した距離ビンからの交差スペクトル
の累算合計に交差スペクトルがコヒーレントに加算され
る事が出来る様にする事と、 交差スペクトルを複素位相素子で乗算し、それを前に処
理した距離ビンからの交差スペクトルの累算合計に加算
する事と、 全ての距離ビンに亘る処理を繰返して全ての距離ビンか
ら最終交差スペクトルの合計を形成する事と、 振幅加重関数を最終交差スペクトルの合計に適用する事
と、 振幅加重された交差スペクトルの合計に高速フーリエ変
換を行って交差相関関数を作る事と、 交差相関関数の振幅検出を行い交差相関関数のピークの
位置を決める事と、 ピークの位置にスケール係数を乗算して中心から端部迄
の位相エラーの推定値を算出する事と、 位相エラー修正信号を発生させ、合成アレイレーダデー
タに位相エラー修正信号を乗算する事によって合成アレ
イレーダデータから位相エラーを取除く事とのステップ
を含む合成アレイレーダ信号から位相エラーを取除く為
の高速位相差オートフォーカスの方法。 - 【請求項２】 交差スペクトルの位相を整列する為の複
素位相素子を決定するステップが、 今の交差スペクトルと前に累算した交差スペクトルの合
計とを複素共軛乗算して第２二次交差スペクトル積を作
る事と、 第２次交差スペクトル積の全ての項を加算して複素数サ
ンプルを形成する事と、 複素数サンプルの位相を抽出する事とのステップを含む
請求項１記載の方法。 - 【請求項３】 前に累算した交差スペクトルの合計と今
の交差スペクトルとを複素共軛乗算するのに先立って、
前に累算した交差スペクトルの合計を遅延させるステッ
プを更に含む請求項２記載の方法。 - 【請求項４】 合成アレイレーダデータの各距離ビンの
全アレイを二つのサブアレイに分割する事と、 二つのサブアレイを一緒に複素共軛乗算して交差スペク
トルを作る事と、 今の交差スペクトルの位相を今累算した交差スペクトル
の合計と整列させる事と、 今の位相整列された交差スペクトルを前に累算した交差
スペクトルの合計に加算して交差スペクトル合計を更新
する事と、 それによって全ての距離ビンが処理されてしまった時に
最終交差スペクトルの合計が作られる事と、 振幅加重関数を最終交差スペクトルの合計に適用する事
と、 振幅加重された交差スペクトルの合計に高速フーリエ変
換を行って交差相関関数を作る事と、 交差相関関数の振幅検出を行い交差相関関数のピークの
位置を決める事と、 ピークのフイルタ位置にスケール係数を乗算して中心か
ら端部迄の位相エラーの推定値を算出する事と、 位相エラーの推定値を使って位相修正信号を発生させ、
合成アレイレーダデータに位相修正信号を乗算する事に
よって合成アレイレーダデータから位相エラーを取除く
事とのステップを含む合成アレイレーダデータから位相
エラーを取除く為の位相差オートフォーカスの方法。 - 【請求項５】 合成アレイレーダデータの各距離ビンか
らの全アレイを長さＭの２つのサブアレイＸn （ｍ），
Ｙn （ｍ）に分割する事と、 ２つのサブアレイを一緒に複素共軛乗算して交差スペク
トルｒn （ｍ）を作る事と、 交差スペクトルｒn （ｍ）を今累算された合計ＳＵＭ
n-1 （ｍ）に複素共軛乗算して位相素子ｅの jΨn 乗を
計算し、その算出結果の全項を加算し、その位相Ψn を
抽出して位相素子ｅの jΨn 乗を形成する事と、 全ての距離ビンに亘って位相整列された交差スペクトル
ｒn （ｍ）×（ｅのjΨn 乗）を積分して次ぎの式
（１）で与えられる合計値 【数１】 を具備する交差スペクトル合計を作る事と、 振幅加重関数を交差スペクトルの合計ＳＵＭn （ｍ）に
適用する事と、 振幅加重された交差スペクトルの合計に高速フ−リエ変
換を行って交差相関関数を作る事と、 交差相関関数の振幅検出を行いそこでのピ−ク応答の位
置τxyを決める事と、 ２次元の位相エラー推定値Φ
q ＝−２πτxyＭ2 ／（４ＬＫ）を計算する事と、 位相エラー修正信号ｅの jΦq(m/M)乗、−Ｍ＜ｍ＜Ｍ、
を発生させる事と、 合成アレイレーダデータに位相エラー修正信号を乗算す
る事によって合成アレイレーダデータから位相エラーを
取除く事とのステップを含む合成アレイレーダデータか
ら位相エラーを取除く位相差オートフォーカスの方法。 - 【請求項６】 請求項５に於ける、 ２つのサブアレイは夫々長さＭを持ち、次ぎの式
（２）、（３）で与えられ、 【数２】 交差スペクトルｒn （ｍ）と、位相素子ｅのｊΨｎ乗
と、中心から端部迄の２次元の位相エラーΦq とは、夫
々次ぎの式（４）、（５）、（６）で与えられる請求項
５の方法。 【数３】 - 【請求項７】 合成アレイレーダデータの各距離ビンを
２つのサブアレイに分割する事と、 ２つのサブアレイの交差スペクトルを作る事と、 夫々の交差スペクトルの位相を累算された交差スペクト
ルの合計と整列させる事と、 位相整列された交差スペクトルを累算された交差スペク
トルの合計に加算する事と、 全ての距離ビンを処理して最終交差スペクトルの合計を
算出する事と、 振幅加重関数を最終交差スペクトルの合計に適用する事
と、 振幅加重された交差スペクトルの合計に高速フーリエ変
換を行って交差相関関数を作る事と、 交差相関関数の振幅検出を行う事と、 位相エラー修正信号を作る事と、 合成アレイレーダデータに位相修正信号を乗算する事に
よって合成アレイレーダデータから位相エラーを取除く
事とのステップを含む合成アレイレーダデータから位相
エラーを取除く位相差オートフォーカスの方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US799514 | 1985-11-19 | ||
| US07/799,514 US5184134A (en) | 1991-11-27 | 1991-11-27 | Fast phase difference autofocus |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05249238A true JPH05249238A (ja) | 1993-09-28 |
Family
ID=25176112
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4319082A Pending JPH05249238A (ja) | 1991-11-27 | 1992-11-27 | 高速位相差オートフォーカス |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5184134A (ja) |
| EP (1) | EP0544280B1 (ja) |
| JP (1) | JPH05249238A (ja) |
| KR (1) | KR960011786B1 (ja) |
| AU (1) | AU648940B2 (ja) |
| CA (1) | CA2083906A1 (ja) |
| DE (1) | DE69221703T2 (ja) |
| ES (1) | ES2106813T3 (ja) |
Cited By (2)
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| JP2006162518A (ja) * | 2004-12-09 | 2006-06-22 | Mitsubishi Electric Corp | レーダ装置 |
| JP2006242711A (ja) * | 2005-03-02 | 2006-09-14 | Mitsubishi Electric Corp | レーダ装置 |
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|---|---|---|---|---|
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- 1991-11-27 US US07/799,514 patent/US5184134A/en not_active Expired - Lifetime
-
1992
- 1992-11-26 EP EP92120181A patent/EP0544280B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1992-11-26 DE DE69221703T patent/DE69221703T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1992-11-26 CA CA002083906A patent/CA2083906A1/en not_active Abandoned
- 1992-11-26 ES ES92120181T patent/ES2106813T3/es not_active Expired - Lifetime
- 1992-11-27 KR KR1019920022737A patent/KR960011786B1/ko not_active IP Right Cessation
- 1992-11-27 AU AU29743/92A patent/AU648940B2/en not_active Ceased
- 1992-11-27 JP JP4319082A patent/JPH05249238A/ja active Pending
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| ES2106813T3 (es) | 1997-11-16 |
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