JPH0750503B2 - Synthetic Aperture Radar Distance Direction Deblurring Method - Google Patents
Synthetic Aperture Radar Distance Direction Deblurring MethodInfo
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- JPH0750503B2 JPH0750503B2 JP60050428A JP5042885A JPH0750503B2 JP H0750503 B2 JPH0750503 B2 JP H0750503B2 JP 60050428 A JP60050428 A JP 60050428A JP 5042885 A JP5042885 A JP 5042885A JP H0750503 B2 JPH0750503 B2 JP H0750503B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、合成開口レーダの受信信号から画像を再生す
るディジタル信号処理方法に係り、特に受信信号に含ま
れるレンジカーバチャとよばれる幾何学的歪に起因した
再生画像の距離方向ぼけを除去し高画質な再生画像を得
る信号処理方法に関する。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a digital signal processing method for reproducing an image from a received signal of a synthetic aperture radar, and more particularly to a geometrical feature called a range carbacher included in the received signal. The present invention relates to a signal processing method for removing a blur in a distance direction of a reproduced image due to distortion to obtain a reproduced image of high quality.
合成開口レーダ画像は受信信号そのものではなくて、参
照関数とよばれる関数と受信信号との相関をとる信号処
理によつて受信信号から再生される。受信信号データは
2次元サンプルデータである。2つの座標軸の一つはレ
ーダパルスの発射方向をさし、距離方向とよばれる。他
の一つは合成開口レーダを搭載した飛翔体の進行方向を
さし方位方向とよばれる。合成開口レーダでは、地表の
どの1点の観測情報も受信信号上で106個におよぶサン
プルデータにまたがった2次元的な画像いわゆるぼけた
画像である。信号処理では、まず距離圧縮とよばれる距
離方向の1次元相関演算を行い、次に方位圧縮とよばれ
る方位方向の1次元相関演算を行う。距離圧縮によつて
面像は方位方向に沿つた線状の像いわば線像となり、方
位圧縮によつてさらに点像へと変わり、地表の観測画像
となる。このとき、線像は方位方向に平行でなく放物線
状に歪んでいるレンジマイグレーション歪をもつので、
方位圧縮では、受信信号のリサンプリング(再量子化)
を行いこの歪を補正する。レンジマイグレーション歪
の、線像中央部における傾きはレンジウォーク歪とよば
れ、レンジマイグレーション歪からレンジウォーク歪を
除いた歪はレンジカーバチャとよばれる。デイジタル信
号処理では、これらの一連の圧縮を高速化するため、通
常相関を周波数領域で行う。距離圧縮でも同様である
が、圧縮においては、線像を方位方向にまずフーリエ変
換する。この結果、方位方向のみが周波数軸に変わる。
このときレンジウォーク歪が原因となつて線像に距離方
向ぼけが生じる。このぼけをAで表わすとそのフーリエ
変換は次式で表わされる。The synthetic aperture radar image is reproduced from the received signal by signal processing that correlates not the received signal itself but a function called a reference function with the received signal. The received signal data is two-dimensional sample data. One of the two coordinate axes indicates the emission direction of the radar pulse and is called the distance direction. The other is the azimuth direction, which refers to the traveling direction of a flying object equipped with a synthetic aperture radar. In the synthetic aperture radar, the observation information of any one point on the ground surface is a two-dimensional image so-called a blurred image that extends over 10 6 sample data on the received signal. In the signal processing, first, a one-dimensional correlation calculation in the distance direction called distance compression is performed, and then a one-dimensional correlation calculation in the azimuth direction called direction compression is performed. By the distance compression, the plane image becomes a linear image along the azimuth direction, so to speak, and by the azimuth compression, it becomes a point image, and becomes an observation image of the ground surface. At this time, the line image has range migration distortion that is not parallel to the azimuth direction but is distorted in a parabolic shape.
In azimuth compression, received signal resampling (requantization)
To correct this distortion. The slope of the range migration distortion at the center of the line image is called range walk distortion, and the distortion obtained by removing the range walk distortion from the range migration distortion is called range coverage. In digital signal processing, the correlation is usually performed in the frequency domain in order to speed up the series of compressions. The same applies to distance compression, but in compression, the line image is first Fourier-transformed in the azimuth direction. As a result, only the azimuth direction changes to the frequency axis.
At this time, the range walk distortion causes blurring in the line image in the distance direction. When this blur is represented by A, its Fourier transform is represented by the following equation.
b=レーダパルス周波数帯域幅 KD=ドツプラーFM率D =ドツプラー周波数 λ=レーダパルス搬送波の波長 C=光速 このぼけの導出と発生を抑制するための従来技術につい
ては、国際地理及びリモートセンシングシンポジウム
(1983年,IEEE地理及びモートセンシングソサエテイ)
〔International Geoscience and Remote Sensing Symp
osium(1983年,IEEE Geoscience and Remote Sensing S
ociety)〕主催におけるエム・ジン(M.Jin)らによる
“合成開口レーダ相関手法−大きなレンジウオークをと
もなうデータ処理のアルゴリズム”(“SAR Correlatio
n Technique−An Algorithm for Processing Data with
Large Range Walk")と題する文献において論じられて
いる。この技術では、まず、(1)式から距離方向ぼけ
復元関数のフーリエ変換Rを求める。 b = radar pulse frequency bandwidth K D = Doppler FM ratio D = Doppler frequency λ = radar pulse carrier wavelength C = speed of light Regarding conventional techniques for suppressing the derivation and occurrence of this blur, International Geography and Remote Sensing Symposium ( 1983, IEEE Geography and Mote Sensing Society)
(International Geoscience and Remote Sensing Symp
osium (1983, IEEE Geoscience and Remote Sensing S
[Synthesis Aperture Radar Correlation Method-Algorithm for Data Processing with Large Range Walk] by M. Jin et al. (“SAR Correlatio
n Technique-An Algorithm for Processing Data with
Large Range Walk "). In this technique, first, the Fourier transform R of the distance direction blur restoration function is obtained from the equation (1).
ここで、*は複素共役を示す。 Here, * indicates a complex conjugate.
次に、これを距離圧縮用参照関数R(t)のフーリエ変
換に乗じ、・Rを新しい距離圧縮用参照関
数とする。このことによつて方位圧縮で生じうる距離方
向のぼけの発生を未然に防ぐことができる。Next, this is multiplied by the Fourier transform of the distance compression reference function R (t), and R is used as a new distance compression reference function. As a result, it is possible to prevent blurring in the distance direction that may occur due to azimuth compression.
従来技術の原理図を第1図に示す。1は受信信号フアイ
ルであり受信信号データを格納する。2はテレメトリフ
アイルであり、合成開口レーダを搭載した飛翔体の観測
時の位置と速度の測定データならびに合成開口レーダの
レーダ定数を格納する。3はパラメータ粗推定部であ
り、(1)式における2つのパラメータKD,Dの値を
算出する。この計算では、地球−飛翔体−合成開口レー
ダの3考間の相対運動をとらえた数学的モデルを用いテ
レメトリフアイルのデータを初期条件とする。4は距離
方向ぼけ復元関数生成部であり(2)式の関数を生成す
る。5は距離圧縮部である。受信信号のフーリエ変換を
と書けば、距離圧縮部5における距離圧縮は、
(3)式によりおこなわれる。A principle diagram of the prior art is shown in FIG. Reference numeral 1 denotes a received signal file which stores received signal data. Reference numeral 2 denotes a telemetry file, which stores measurement data of the position and velocity of a flying object equipped with a synthetic aperture radar at the time of observation and a radar constant of the synthetic aperture radar. A parameter rough estimation unit 3 calculates the values of the two parameters K D and D in the equation (1). In this calculation, the telemetry file data is used as an initial condition by using a mathematical model that captures the relative motion between the three considerations of the earth-flying body-synthetic aperture radar. Reference numeral 4 denotes a distance direction blur restoration function generation unit that generates the function of Expression (2). Reference numeral 5 is a distance compression unit. If the Fourier transform of the received signal is written, the distance compression in the distance compression unit 5 is
It is performed by the equation (3).
g(t)=F-1〔・{・R}*〕 (3) ここで、F-1はフーリエ逆変換、*は複素共役、g
(t)は距離圧縮の出力信号を示す。g (t) = F -1 [. {. R } * ] (3) where F -1 is the inverse Fourier transform, * is the complex conjugate, g
(T) shows an output signal of distance compression.
ところで、合成開口レーダの信号処理では、受信信号の
ドップラー周波数が異なるいくつかの帯域に分けて、そ
れぞれの信号から同じシーンの画像(ルックという)を
再生するルック分割再生方式がとられる。再生された複
数ルックを加算平均して得られる1枚の画像は各ルック
よりも低雑音となるからである。この方式の場合、それ
ぞれのルックに着目すれば帯域中心周波数Dはルック
によって異なる。したがって、レンジカーバチャのた
め、各ルックのDにおけるレンジウォーク歪は互いに
異なる。これは、レンジウォーク歪による距離方向ぼけ
に対し、ルック毎に異なったぼけ抑制策を講じることが
高画質再生にとって望ましいことを示している。しかし
ながら、距離圧縮における相関を周波数領域で行う場合
は、(2)式におけるDの値は全ルックで一つでしか
とれず、ルックや距離方向距離によって変えることがで
きない。この結果、再生画像にルックならびに距離方向
距離によって異なるぼけが現われる。これは、従来技術
の欠点である。By the way, in the signal processing of the synthetic aperture radar, a look division reproduction method is adopted in which an image (referred to as a look) of the same scene is reproduced from each signal by dividing the received signal into several bands having different Doppler frequencies. This is because one image obtained by adding and averaging a plurality of reproduced looks has lower noise than each look. In the case of this method, focusing on each look, the band center frequency D differs depending on the look. Therefore, the range walk distortion at D for each look is different due to the range curvature. This indicates that it is desirable for high image quality reproduction to take different blur suppression measures for each look against the blur in the distance direction due to range walk distortion. However, when the correlation in the distance compression is performed in the frequency domain, the value of D in the equation (2) can be only one for all looks, and cannot be changed depending on the look and the distance in the distance direction. As a result, different blur appears in the reproduced image depending on the look and the distance. This is a drawback of the prior art.
したがって、本発明の目的は、上記した従来技術の欠点
を補い、距離方向ぼけを全てのルックについてより少な
くする距離方向ぼけ除去方法を提供することである。SUMMARY OF THE INVENTION It is therefore an object of the present invention to provide a method for distance blur removal which compensates for the drawbacks of the prior art described above and reduces distance blur for all looks.
上記の目的を達成するため、本発明では距離圧縮時に発
生を抑制できない各ルックの距離方向ぼけの大部分を、
方位圧縮において、レンジマイグレーション歪補正のた
めに時間距離で行う畳込み積分によって除去する点に特
徴がある。In order to achieve the above-mentioned object, most of the distance direction blurring of each look, which cannot be suppressed during the distance compression in the present invention,
In azimuth compression, it is characterized in that it is removed by convolutional integration performed in time distance to correct range migration distortion.
以下、本発明の原理について説明する。いま、ある一つ
のルックのドップラー周波数の帯域中心周波数Dを次
式で表わす。D =fDC+ΔD (4) ここで、DCはシーンセンタにおけるドップラ帯域中心
周波数、ΔDはDの、fDCからのずれである。D はルックだけでなく距離方向距離dの関数でもある
のでΔDも距離方向距離dの関数である。また、
(1)式中のドップラーFM率KDについてもdの関数であ
るので、Dと同様に次のように表わしておく。The principle of the present invention will be described below. Now, the band center frequency D of a certain Doppler frequency is represented by the following equation. D = f DC + Δ D (4) Here, DC is the Doppler band center frequency at the scene center, and Δ D is the deviation of D from f DC . Since D is a function of not only the look but also the distance d in the distance direction, Δ D is also a function of the distance d in the distance direction. Also,
Since the Doppler FM ratio K D in the equation (1) is also a function of d, it is expressed as follows like D.
KD=KDC+ΔKD (5) ここで、ΔKDはKDの、KDCからのずれであり、これとKDC
はルックに依存しない量である。(4),(5)式を
(1)式に代入し、整理すれば次式を得る。 K D = K DC + ΔK D (5) where, [Delta] K D in the K D, a deviation from K DC, this and K DC
Is a look-independent quantity. By substituting the equations (4) and (5) into the equation (1) and rearranging, the following equation is obtained.
したがって、(3)式は次式のように表わされる。 Therefore, the equation (3) is expressed as the following equation.
g(t)F-1〔・{・R}*〕 =F-1〔・(・R)*] ・Δ▲* R▼〕 (7) ここで (7)式をさらに変形すれば、(12)式を得る。g (t) F -1 [・ {・R } * ] = F -1 [・ (・R ) * ] ・ Δ ▲ * R ▼] (7) where By further modifying equation (7), equation (12) is obtained.
(12)式は、任意のルックでまた距離方向の任意の距離
において距離方向ぼけが最小となる距離圧縮が、D=
DC,KD=KDCとする距離圧縮の出力信号とF-1〔Δ▲*
R▼〕の畳込み積分で実現できることを示している。
この式は、本発明の原理を与える。 Equation (12) is expressed as follows: D = D for compression that minimizes the blur in the distance direction at any look and at any distance in the distance direction.
Output signal of distance compression with DC , K D = K DC and F -1 [Δ ▲ *
It is shown that this can be realized by the convolution integral of R ▼].
This equation gives the principle of the invention.
本発明により、どのルックにおいても、また、距離方向
のどの距離においても、補間カーネルを調節することに
より距離方向ぼけが除去された再生画像を得ることがで
きる。According to the present invention, it is possible to obtain a reconstructed image in which the distance direction blur is removed by adjusting the interpolation kernel at any look and at any distance in the distance direction.
〔発明の実施例〕 以下、本発明を実施例によって詳しく説明する。第2図
は一実施例図である。1〜5は第1図中の対応する番号
のブロックと同一である。パラメータ精密推定部6で
は、距離圧縮部5の出力信号の方位方向のパワースペク
トルと位相を解析することにより、パラメータ粗推定部
3の出力の内のKDとDの値に含まれる誤差を精密に推
定し、この結果にもとづきKDとDを補正し出力する。
パラメータ精密推定処理の詳細については、環境のリモ
ートセンシング第15回国際シンポジウム、アンアルバ
ー、エムアイ、1985年5月(The Fifteenth Internatin
al Symposium On Remote Sensing Of Emironment,Ann A
rbor,MI,May,1981)におけるジエー・アール・ベネツト
(J.R.Bennett)他による“一般化されたデイジタル合
成開口レーダプロセッサの将来”(“Feature of a Gen
eralized Digital Synthetic Aperture Radar Processo
r")に述べられている。Examples of the Invention Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples. FIG. 2 is an embodiment diagram. 1 to 5 are the same as the blocks of corresponding numbers in FIG. The parameter precision estimation unit 6 analyzes the power spectrum and the phase in the azimuth direction of the output signal of the distance compression unit 5 to accurately determine the error contained in the values of K D and D in the output of the parameter rough estimation unit 3. Then, based on this result, K D and D are corrected and output.
For details on the parameter accurate estimation process, refer to 15th International Symposium on Remote Sensing of Environment, Ann Alber, MI, May 1985 (The Fifteenth Internatin
al Symposium On Remote Sensing Of Emironment, Ann A
Rbor, MI, May, 1981) “The future of generalized digital synthetic aperture radar processors” by JR Bennett et al.
eralized Digital Synthetic Aperture Radar Processo
r ").
7はルック分割情報フアイルである。各ルックiの帯域
中心周波数Diを決めるに必要なオフセット値DFiを格
納する。DiはD+DFiで定義され、ここでDは受
信信号のドップラー帯域中心周波数であり、6の出力と
して得られる。Reference numeral 7 is a look division information file. The offset value DF i necessary for determining the band center frequency Di of each look i is stored. Di is defined by D + DF i , where D is the Doppler band center frequency of the received signal and is obtained as the output of 6.
8は補間カーネル生成部である。ここでは、6の出力で
あるKD,KDC,D,DCと、7によって与えられるDFiとか
ら、各ルックi毎に、距離方向にとったサンプル点毎に
(12)式における補正カーネルF-1〔Δ▲* R▼〕を
計算する。この計算においては、ΔDは、DをDi
とおけば定義式(4)によりΔD=Di−DC=D
+DFi−DCとなる。上記した求める関数をW(t)と
書く。Reference numeral 8 is an interpolation kernel generation unit. Here, from the output K D , K DC , D , DC of 6 and DF i given by 7, for each look i, the correction kernel in equation (12) is obtained for each sample point taken in the distance direction. Calculate F -1 [Δ ▲ * R ▼]. In this calculation, delta D is the D Di
In other words, according to the definition formula (4), Δ D = Di − DC = D
+ DF i − DC . The above-mentioned function to be obtained is written as W (t).
W(t)=F-1(Δ▲* R▼) (13) 方位圧縮部9では、まず、距離圧縮した出力信号を方位
方向にフーリエ変換し、次に該信号に含まれるレンジマ
イグレーション歪を補正する。この歪は信号の幾何学的
歪であるため、歪補正には信号を再量子化するリサンプ
リングを伴う。いま、信号をサンプル信号として
(di,i)i=1,…,Nd;j=1,…,Nfで表わせば、該信
号の距離方向1次元リサンプリングにより得られる任意
距離dにおける新しいサンプルデータ値′(d,j)
は次式で表わされる。W (t) = F -1 (Δ ▲ * R ▼) (13) In the azimuth compression section 9, first, the output signal compressed by the distance is Fourier-transformed in the azimuth direction, and then the range migration distortion included in the signal is calculated. to correct. Since this distortion is geometric distortion of the signal, distortion correction involves resampling to requantize the signal. Now, if a signal is represented by (d i , i ) i = 1, ..., N d ; j = 1, ..., N f, then at a given distance d obtained by one-dimensional resampling in the distance direction of the signal, New sample data value '(d, j )
Is expressed by the following equation.
ここで、W(Δd)は補間カーネルであり、(13)式と
の間に次の関係がある。 Here, W (Δd) is an interpolation kernel and has the following relationship with the equation (13).
W(Δd)=W(2Δd/C+T0) (15) ここで、T0:レンジ方向サンプリング時間の原点の取り
方に依存する定数 C:光速 なぜなら、(13)式におけるレンジ方向のサンプリング
時間tと、再生画像における距離方向座標dの間には t=2d/C+T0 (16) の関係があるからである。(16)式右辺第一項は、レー
ダ信号が距離dの区間を往復するのに要する時間を表し
ている。W (Δd) = W (2Δd / C + T 0 ) (15) where T 0 : constant depending on how the origin of the sampling time in the range direction is taken C: speed of light because sampling time t in the range direction in equation (13) And the distance direction coordinate d in the reproduced image has a relationship of t = 2d / C + T 0 (16). The first term on the right side of the equation (16) represents the time required for the radar signal to make a round trip in the section of the distance d.
(14)式の計算量を減らすため、本実施例ではW(Δ
d)を次のように近似している。In order to reduce the calculation amount of the equation (14), W (Δ
d) is approximated as follows.
(14)式の積和計算が|Δd|≦Dの範囲に限定されるか
らである。 This is because the sum of products calculation of the equation (14) is limited to the range of | Δd | ≦ D.
レンジカーバチヤ歪が補正された信号は、距離圧縮と同
様に、方位圧縮用参照関数の複素共役関数との乗算がと
られた後、逆フーリエ変換されて、方位圧縮の出力信号
すなわち再生画像となり、再生画像ファイル10に格納さ
れる。Similar to the distance compression, the signal with corrected range curve distortion is multiplied by the complex conjugate function of the reference function for azimuth compression and then inverse Fourier transformed to become the output signal of azimuth compression, that is, the reproduced image. , Stored in the reproduced image file 10.
本発明によれば、従来技術だけでは抑制が不十分である
ために再生画像の各ルックと距離方向周辺部に発生しう
る距離方向ぼけの大部分を、方位圧縮のリサンプリング
処理において除去できるので、すべてのルックで、距離
方向周辺部まで鮮明な画像が得られる。According to the present invention, most of the blur in the distance direction that can occur in each look of the reproduced image and the peripheral portion in the distance direction can be removed in the resampling process of the azimuth compression because the suppression is insufficient only by the conventional technique. , With all looks, clear images can be obtained up to the peripheral area in the distance direction.
第1図は従来技術のブロツク構成図、第2図は本発明の
一実施例のブロツク構成図である。 符号の説明 1……受信信号フアイル 2……テレメトリフアイル 3……パラメータ粗推定部 4……距離方向ぼけ復元関数生成部 5……距離圧縮部 6……パラメータ精密推定部 7……ルック分割情報フアイル 8……補間カーネル生成部 9……方位圧縮部 10……再生画像フアイルFIG. 1 is a block diagram of a prior art, and FIG. 2 is a block diagram of an embodiment of the present invention. Explanation of code 1 …… Received signal file 2 …… Telemetry file 3 …… Parameter rough estimation unit 4 …… Distance direction blur restoration function generation unit 5 …… Distance compression unit 6 …… Parameter precise estimation unit 7 …… Look division information File 8 …… Interpolation kernel generator 9 …… Direction compressor 10 …… Reproduced image file
Claims (1)
てそれぞれのルックから画像を再生する合成開口レーダ
画像再生処理方法であって、受信信号に含まれるレンジ
カーバチャ幾何学的歪に起因して再生画像にルックによ
り異なって現われる距離方向ぼけを、上記受信信号とル
ック毎に異なる補間カーネルとの距離方向の畳込み積分
によって除去することを特徴とする合成開口レーダ距離
方向ぼけ除去方法。1. A synthetic aperture radar image reproduction processing method for dividing a received signal into a plurality of looks in the azimuth direction and reproducing an image from each of the looks, which is caused by geometric distortion of a range curvature included in the received signal. Then, the distance-direction blurring which appears differently in the reproduced image due to the look is removed by convolution integration in the distance direction between the received signal and an interpolation kernel different for each look.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60050428A JPH0750503B2 (en) | 1985-03-15 | 1985-03-15 | Synthetic Aperture Radar Distance Direction Deblurring Method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60050428A JPH0750503B2 (en) | 1985-03-15 | 1985-03-15 | Synthetic Aperture Radar Distance Direction Deblurring Method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS61210483A JPS61210483A (en) | 1986-09-18 |
JPH0750503B2 true JPH0750503B2 (en) | 1995-05-31 |
Family
ID=12858594
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP60050428A Expired - Lifetime JPH0750503B2 (en) | 1985-03-15 | 1985-03-15 | Synthetic Aperture Radar Distance Direction Deblurring Method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0750503B2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007256171A (en) * | 2006-03-24 | 2007-10-04 | Nec Corp | Millimeter wave image processor and processing method |
KR20190087736A (en) * | 2018-01-17 | 2019-07-25 | 국방과학연구소 | Method and apparatus for correcting geometric distortion |
-
1985
- 1985-03-15 JP JP60050428A patent/JPH0750503B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007256171A (en) * | 2006-03-24 | 2007-10-04 | Nec Corp | Millimeter wave image processor and processing method |
KR20190087736A (en) * | 2018-01-17 | 2019-07-25 | 국방과학연구소 | Method and apparatus for correcting geometric distortion |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS61210483A (en) | 1986-09-18 |
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