JPS61201180A - 合成開口レ−ダ画像処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明に合底開口レーダ画像処理裂ばに関し、特にコヒ
ーレント送受信機とアンテナとから成る画像データとし
て再生する合成開口レーダ画像処理装置に関する。

〔従来り技術〕

航空虞や人工衛星等の移動プラットフォームに搭載し）
ｔコヒーレント送受信機とアンテナとから成るサイドル
ッキングレーダから進行方向側方の地上に電波を発射し
て移動しながらその反射波ｔ受１ぎし、レンジ（距離）
およびアジムス（方位）の２次元に広がり九〇の受信デ
ータ金レンジおよびアジムス方間に圧縮しつつ画像デー
タとして再生する合成開口レーダは比較的小さいアンテ
ナで実効的に大ロ径アンテナ全合収しうるものとして工
く昶られている。

この合成開口レーダでに、レンジ方間丁なわち送信電波
の進行方向の距離分解能に通常のレーダと同様にパルス
幅に工って決定し、高い分解能を得る几めにに短パルス
とする必要があり、この条件と検出感度とのバランスｆ
：考慮し送信パルスにＬ　Ｆ　Ｍ　（Ｌｉｎｅａｒ　Ｆ
Ｍ）　Ｋ調波トシテエネルキーを拡散し、受信後これを
圧縮して尖鋭なパルスに変換するという手法をとってい
る。

Ｃの圧縮受信の際に周波数対遅延時間特性がＬＦＭ送偏
送信逆特性のマツチドフィルタを通すことに１って行な
ってお０１この処理がレンジ圧縮として知られる公知の
処理技術である。

さて、アジムス方向に高い分解能を有するのが合成開口
レーダの特徴であり、この点について詳述すると次のと
＞９である。

すなわち、Ｄｆ夷開口アンテナの直径とすると方位分解
能にほぼＤ／２−で示される。萱た、移＠７ラツトフオ
ーム側を基準とし几覗点から方位分解能を論すると次Ｖ
工うになる。

移動プラットフォームが定速度で進行しつつ地表の点目
標を照射し始めてから照射し終るまで、この点目標によ
る反射波のドプラ周液数に進行に伴って変化する。点目
標に対して直角方向の斜距離や移動プラットフォームの
進行速度が既知のときに４切プラットフォームが点目標
全照射しつつ運行するときに得られる上記ド１う周波数
の時間Ｒイ過特性いわ；少るドグラヒストリに計算で求
めて予、己することができ、従って一連のレーダ受信１
号を計鼻で求めたド１う周波数の時間１経過時性にもと
づく偏多−９いわゆるドプラシフトとの間の相関をとる
ことによって受信信号中にあって時間とともに変化する
ドプラ周波数を帯域とする点目標の信号が佃出さＦする
。つまり、ドプラシフトに対応するとと（ＦＭＳ調を受
ｖｊ７を点目標からの反射信号が復調され画像データと
して再生されることとなる。この処理がアジムス圧縮と
して公知な処理手段で、このアジムス圧縮での方位分解
能が前述し之如くＤ／２であり、通常のレーダとは異な
る極めて高い方立分解能が得られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら従来のＣｔ：Ｏ櫨の合収開口レーダ画像処
理には仄の工うな問題がある。

すなわち、従来の合図開口レーダの画像処理でニ鹸測目
標ｒｃ測定の期間静止しているものとじｔ状態で、４勤
１ラツト７オームと静止目頭との間の相対速度を利用し
比較的長時間の一連のデータ金逐次処理している。従っ
て観測目標が移動している場合にに相対速度が移動速度
に対応して異なり移動速度の大きさと方向に対応して移
動プラットフォームの進行もしくに進行方向と直角な方
向に拡散および偏位°を生じた像となり、しばしば結像
しない場合も生ずるといつ欠点がある。

この間Ｍをさらに詳述すると次のとおりである。

いま、移動目標の運動における前提条件として速度ベク
トルぼ方立ヒストリ受信所要時間内に一定とし、移動目
標の速度ベクトルを移動プラットフォーム４度方向（進
行方向）成分Ｖｐ　　とラジアル万同成分ＶＢとに分け
て考えてみる。

Ｖ、の影響としてはこのＶｐが移動プラットフォームの
速度ベクトルと反対向きり場合には等ドプラ線密度が大
となり、またＶ、が移動プラットフォームの速度ベクト
ルと同じ向きの場合にａ等ドプラ巌密度が粗となる。従
って方位ヒストリ帯域幅の変化が静止目頭の場合に比し
、　Ｖｐが移動プラットフォームの速度ベクトルと反対
向きの場合に大となり”ま九Ｖｐが移動プラットフォー
ムの速度ベクトルと同じ同きの場合には小となる。

また、方位ヒストリ継続時間の変化は静止目標の場合に
比し、ｖＰが移動プラットフォームの速度ベクトルと反
対向きの場合にに小さくなりまたＶ　が移動ブラットフ
オームの速度ベクトルト同じ向きの場合にぼ大となる。

これらの影響から送ｇｉ信号のＬ　Ｍ　ｌ＋’率が静止
目標の場合に比し、ｖＰが移動プラットフォームの速度
ベクトルと反対向きの場合には実効的に大となり、また
Ｖ、が移動プラットフォームの速度ベクトルと同じ向き
の場合にに実効的に小さくなり、この結果静止目標全対
象として圧縮を行なうマツチドフィルタに対して不整合
となり良き圧縮がとれず前述した問題点をもたらすこと
となる。

本発明の目的も上述した欠点を除去し移動目標を含む地
表の画像再生も可能な合成開口レーダ画像処理装置全提
供することにある。

〔問題点全解決するｔめの手段〕

本発明の装置に、航空Ｒ１人工衛星寺の移動プラットフ
ォームに搭載したアンテナおよびコヒーレント送受信か
らなるサイドルッキングレーダに工って取得した地表面
の目標の２次元に広がっている受傷データを前記サイド
ルッキングレーダの送ＨＭ号の共役関数であるレンジ参
照関数ならびに地表の点目標の受信データとの共役関数
であるアジムス参照関数と相関をとることにエリそれぞ
れレンジ圧縮ならびにアジムス圧縮を行なって画像信号
として出力する合成開口レーダ画像処理装置において、
地表の静止目標に対応する静止目標対ｈ６アジムス参照
関数と地上の移動目標に対応する＃−＠目標対応アジム
参照関数とを発生するアジムス参照関数発生手段と、前
記静止目標対応アジムス参照関叙ならびに移動目標対応
アジムス参照関数と前記サイドルッキングレーダにＬる
受１ｇデータとの相関処理によるアジム圧縮金介して地
表の静止目標とともに移動目標も抽出するアジムス圧縮
手段とを備えて構成される。

〔実施例〕

第１図に本発明の合成開口レーダ画像処理装置の一実施
列の僧ａ：を示すブロック図である。

第１図に示す実施例の構５５ｃクレンジ圧縮部１゜コー
ナーターニング回路２およびアジムス圧縮部３ｔ−備え
て構成され、さらにレンジ圧、襠部１にレンジ圧縮回路
１１．レンジ参照関数発生回路１２ｔ−備えて、またア
ジム圧襠部３にド１う周波数シフト回路３１　、　Ｆ　
Ｆ　Ｔ　（Ｆａｓｔ　Ｆｏｕｒｉｅｒ　Ｔｒａ　−ｎｓ
ｆｏｒｍ）回路３２．レンジカーバチャ補正回路３３、
アジム圧縮回路３４．アジム参照関数発生回路、マルチ
ルックフィルタリング回路３６．ドアラ周波数φレンジ
カーバチャ関数発生回路３７＊　ｔ−１１ｉえて構成さ
れる。これらの構成のうち一点鎖線で示すアジムス圧縮
回路３４とアジム参照関数発生回路３５およびマルチル
ックフィルタリング回路３６が本発明に厘妥関連する部
分である。

合成開口レーダによって得られ几受信データが地表の移
動目標によるものを含むとき、これを抽出するには静止
目標全対象とするアジムス参照関数と相関がとれ几受信
データと相関がとれない受信データとを分離し、相−が
これないものについてはあらかじめ設足する移動速度、
方位分類等に対応して決定される移動目標対応参照関数
との相関処理を行えば移動目標としての抽出が可能とな
る。つまり、静止目標を対象とする通常のレンジ。

アダムス圧縮からにみ出すデータを移動目標として処理
丁ればよいというのが本発明の基本的な考え方である。

なお、合成開口レーダにおける送信パルスのパルス幅、
送信パルスレート、移動プラットフォームの移動速度等
の運用条件を勘案した場合、目標の移動の影＃は運用上
レンジ圧縮には殆んど関係しない。

第１図において、入力ライン１０１ｔ−介して入カレ之
受信データにレンジ圧縮部１でレンジ圧縮処理ｔ−受け
る。

レンジ圧縮回路１に、ＦＦＴ回路回路１ロ算。

ＩＦ’ＦＴ（Ｉｎｖｅｒｓｅ　　ＦＦＴ）　　回路等ヲ
有し時間領域の受信データ金一旦周波数領域に変換した
あと乗算回路に供給し、レンジ参照関数発生回路１２か
ら出力漬れる周ｔＬｅ、ＶＬ域のレンジ参照間との乗算
による相関をとってレンジ圧縮を行なう。

レンジ参照関数発生回路１２に、移動プラットフォーム
の姿勢、軌道データや送信信号形式等あらかじめ既却の
データにもとづき矢の（１）式で示されるレンジ参照関
数全発生しこれ全周波数領域のデータに変換したうえ前
記乗算回路に供給する。

Ｔｈｘ　ｉμｌ　＝ｅｘｐ（−ｊ　・２π−に／２−μ
　）・・・・・・・・・・・・・・　（１）（１）式ｖ
ｃ合（八て−τ／２≦μ≦ｆ　／２　　であジ、ｋに送
信パルスのＬ　ＦＭ変調率、τにパルス幅である。

（１）式に示すレンジ参照関数ｈｘ（μ）は送信パルス
の複素共役関数で、通常これに送信パルスと周波数対時
間遅延特性が逆なマツチドフィルタ’１ｓＡＷ（Ｓｕｒ
ｆａｃｅ　Ａｃｕｓｔｉｃ　Ｗａｖｅ）デバイスを利用
する分数型遅延線等で笑現し４り用している。

レンジ圧縮後のデータ［ＩＦＦＴ回路に工って再び時間
領域のデータに変換されコーナーターニング回路２に供
給される。

コーナーターニング回路２はレンジ方向に配列したレン
ジ圧縮後のデータをアジムス方向に並び替えこれ全アジ
ムス圧襠部１に供給する。

アジムス圧襠部ｌにこうして入力したデータをドプラ周
波数シフト回路３１に供給する。

ドプラ周波数シフト回路３１は、アジムス圧縮も周波数
領域で実施するため全入力データがＦＦＴによる処理範
囲に包含される工うにドプラ周波数のシフトを行なうも
のであり、合成開口レーダのビームセンターで目標を照
射した場合のドプラ周波数全零ドプラ周波数にシフトす
るものである。

本実力例では、ドプラ周波数シフトに必要とするドプラ
周波、および後述するレンジカーバチャ補正用のレンジ
オーバチャ関数発生用パラメータはそれぞれドプラシフ
ト・レンジカーバ関数発生回路３７から供給される。

ドプラ周波数・レンジオーバチャ関数発生用パラメータ
発生回路３７に移動１ラツト７オームの速度、軌道デー
タ等合成開口レーダ運用上の既卸の情報にもとづいてド
プラ周波数シフトに必要なシフト用ドプラ周波数と、レ
ンジカーバチャ関数とｔ−発生しそれぞれドプラ周波数
シフト回路３１およびレンジカーバチャ補正回路３３に
供給する。

ドプラ周波数のシフト範囲に移動プラットフォームの速
度ベクトル、地球自転による目標の速度ベクトル等のパ
ラメータを利用してあらかじめ設定することが可能であ
り、ドプラ周波数シフト回路３１はシフト用ドプラ周波
数を受けて合成開口レーダのビームセンタ方向から受信
し之受信データのドプラ周波数が零となるように周波数
シフト全実施し、こうしてドプラシフＩｔ−受けた時間
領域のド１う周波数シフト回路３１の出力は次にＦＦＴ
ｌ路３２に供給され周波数領域のデータに変換されたあ
とレンジカーバチャ補正回路３３に供給される。

レンジカーバチャ補正回路３３に、移動プラットフォー
ムと目標間の距離データがデータ取得開始から終了期間
にわたって２次関数的に変化し、同一目標に関する距離
データが取得時間に工って異るレンジサンプルに包含さ
れることとなるので、同一目標に関するすべてのデータ
を漏れなくアジム圧縮回路３４に人力しうる工うにデー
タサンプル位置と処理時間とを対応せしめる工うに変換
するものである。

（２）式に移動プラットフォームとある点目標間の距離
変化Δ几を示すものである。

（２）式に訃いてλは送信パルスの波長である。ま７’
ｃｔ２）式に警いて、Ｆ　（ｔ）は移動プラットフォー
ムが点目標に接近しまた遠ざか９つつ取得する受信デー
タの受けるドプラシフト賃であり、移動プラットフォー
ムの速度、高屈のほか地球自転による目標の速度、送信
ビーム方向等のパラメータに対応して夏化し、このｐＤ
（ｔ）に対応してアジム方向の信号スペクトルも広がる
。

に）式からも明らかな如くΔ几ｍ　ｒｃドプラ周波数の
時間変化率の２次関数で示さルレンジカーバチャ関数と
呼ばれる。

第２図に合成開口レーダによる地上の点目標からの受信
１百号の特徴を示す受信毎号特性図である。

第２図においてｄに送信パルスのパルス幅に対応する地
表の距離、Δｔにパルス幅、ｔＨ目標照射時間であり、
１７’ＣＲＵ移動プラツトフオームから目標１での斜距
離、φは移動プラットフォームと目標とのなす方位角で
ある。

第２図からも明らかな如く斜距離Ｒで示される距離デー
タに２次曲線特性としてのレンジカーバチャを示す。

レンジカーバチャ補正回路３３［（２１式で示されるレ
ンジカーパチャ関数としてのΔＲ（ｔｌ　ｆ：　ドア　
ラ周波数・レンジカーバチャ関数発生回路３７から受け
、このレンジカーバチャ関数を利用してレンジカーバチ
ャの補正を行なうものである。このレンジカーバチャ補
正にエリ同じ点目標に関するデータが時間に工って異る
レンジサンプルに包含すれることが補正され同一目標が
一括してアジムス圧縮される。

ド１う周波数・レンジカーバチャ関数発生回路３７は移
動プラットフォームの運用条件等にもとづいてあらかじ
めド１う周波数初期値とともに、このドプラ周波数初期
値の時間変化率にもとづいて算出したドプラ周波数時間
変化率初期値から求めたレンジカーバチャ関数をレンジ
カーバチャ補正回路３３に供給する。

レンジカーパチャ補正後のデータに次にアジムス圧縮回
路３４に供給されアジムス参照関数発生回路３５から出
力されるアジムス参照関数によるアジムス圧縮が施され
る。

アジム圧縮に地表の点目標から距離変化と対応して変化
する位相情報を含む受信信号の共役関数としてのアジム
参照関数と、レンジ圧縮後のデータとの相関をとること
に工っで行なわれるロレンジ圧縮ニ送信パルスに対応し
て得られる距離データを入力するごとにレンジ参照関数
との相関をとれば工いが、アジム参照関数に距離ととも
に変化する位相清報を含むため絶えず更新しつつ利用す
る必要がある。

（３）式にアジムス参照関数ｈｚｆｔｌ’に示す式であ
る。

ｈ！（ｔ）＝ｅｘｐ（−ｊ・２π・ＦＤ′／２・ｔ２）
・・・・・・・・・・・・　（３） （３）式においてＦＤ′はＦＤ　の微係数、Ｔ１≦ｔ≦
Ｔ８　であり、ま几Ｔ！およびＴ、にそれぞれ合成開口
レーダのアンテナのビーム幅で決定される常数である。

（３）式から明らかな如く、アジムス参照関数り。

（１）に゛ドプラ周波数時間変化率ＦＩ）の関数であり
、これに移動プラットフォームと点目標との距離。

従って両者間の方位に対応して絶えず変化する。

アジムス参照関数発生回路３５はドプラ周波数・レンジ
カーバチャ関数発生回路３７から初期値のドプラ周波数
時間変化率データを受けてアジムス参照関数の初期値を
発生し、以後に送信パルスのタイミングに対応して絶え
ずこれ全更新しつつ周波数領域データとしてアジムス圧
縮回路３４に供給する。

なお、ドプラ周波数・レンジカーバチャ関数発生回路３
７で設定されるドプラ周波数初期値およびドプラ周波数
時間変化率の初期値に移動プラットフォームの運行条件
等の変更に対応してその変更が必要なときに直ち１Ｃ初
期値から変更される。

さて、移動１ラツトフオームがその運行条件にもとづい
て進行するとき、地表の０嶺から得られるドプラ周波数
の時間変化特性にあらかじめ算出することが可能であり
、こうして設計され几アジムス参照関数と合成開口レー
ダで得られる受信信号との相関をとることに工って当該
目標が抽出されるが、これニ観点を変えてみると、目標
から得られる受１ｇ１４号のドプラシフトと、このドプ
ラシフトとに共役な複葉関数であるアジムス参照関数ト
ｃｏ乗３Ｋを介して目標によるドプラ周波の時間変化を
無く丁こと全意味し、従ってアジムス圧縮とに受信信号
に含まれる目標ごとのド１う周波数から時間変化特性を
消去しあらかじめ設定する判定指数のもとてほぼ一定周
波数のものとする処理である。従ってアジムス参照関数
と相関がとれるということにこのアジムス参照関数を共
役複素関数とする工うなドプラヒストリを有する目標の
信号が抽出されたこととなる。

地表の目標が静止目標である限りこうしてすべての目標
が抽出されることとなる。

しかしながら、目標が移動目標であるときに前述した目
標のドプラシフト量もドプラ周波数時間変化率も移動プ
ラットフォームとの相対速度、相対方位の変化量に対応
して変化し、従ってその程度に工っては前述した如き従
来の静止目標対応アジムス参照関数とは相関がとれなく
なってしまう問題がしばしば発生する。

アジムス参照関数発生回路３５ｒＬ、地表の移動目標、
友とえば各種車両あるいに船舶、航空機等を対象とし、
合成開口レーダの運用目的に応じてあらかじめ設定した
範囲かつ分割刻みの相対速度。

相対方位についての移動目標対応参照関数も前記静止目
標対応参照関数とともに同様な手法で発生して静止目標
に対するアジムス圧縮処理後、これをアジムス圧縮回路
３４に供給し移動目標を対象とするアジムス圧縮を実施
せしめる。

こうして静止目標対応アジムス参照関数と移動目標対応
アジムス参照関数とに工って相関がとられ定周波数化さ
れ几ドプラ周波数に、それぞれ所定の周波数帯域を有す
るディジタルフィルタラ介して出力されマルチルックフ
ィルタリング回路３６に供給される。

マルチルックフィルタリング回路３６にアジムク圧縮後
の周波数領域データに対し公知のマルチルックフィルタ
リング処理を旋す回路であり、本笑施例の場合、静止目
標対応アジムス参照関数との相関がとれたアジムク圧縮
後のデータと、移動目標対応アジムス参照関数との相関
がとれ友アジムス圧縮後のデータとをそれぞれ分離して
マルチルックフィルタリング’に４施する。

マルチルックフィルタリングによく知られるように、周
波数領域に展開している入力情報を目標０４ルツク（ｌ
ｏｏｋ）ごとのドプラ周波数に対応してフィルタリング
し分類するものであり、このマルチルックフィルタリン
グ後のデータ［ＩＦＦＴ回路に工って再び複素数の時間
領域データに変換される。上述したマルチルックとは地
表の照射単位を分割し九複数のセクタ１ンを指丁。

かくして時間領域データに変換され友マルチルックの各
ルックごとのデータに、静止目標対応アジムス参照関数
によるアジムス圧縮を行なって相関のとれｔものに出力
ライン３０１を介して、また移動目標対応アジムス参照
関数によるアジムス圧ａｋ行なって相関のとれたものは
出力ライン３０２を介してそれぞれ出力される。

こうして出力ライン３０１および３０２ｔ−介して出力
した静止目標と移動目標に関するアジムク圧縮後の複素
データにそれぞれルックごとにその絶対１１ｔ−とった
のちこれらのデータを非コヒーレント加算し、静止目標
画像データと移動０穐画像データとしてそれぞれ単独も
しくは重畳して表示器に表示する。

この工うにして移動目標の表示も行ない得る合成開口レ
ーダ画像処理全英施することができる。

不発明に合成開口レーダの画像処理において、静止目標
に対応するアジムス参照関数とともに移動目標に対する
アジムス参照関数も用意して移動目標も抽出しうる工う
にしｔ点に基本的特徴金有するものであり、第１図は本
発明の一実施例の構ｇｔ−示すに過ざず、この変形も種
々考えられる。

たとえば、第１図の笑施例にレンジ圧縮とアジムス圧縮
処理を周波数領域において実施しているが、これに時間
領域処理としても容易に実施しうることば明らかである
。

また、第１図の実施列でに移動プラットフォームの進行
方向と地表の照射野とが空間的にほぼ平行かつ直重的で
ある場合を例としているが、移動プラットフォームの軌
道が直線的でない場合にもこれｔはぼ直、−的と見做し
りる区間に分割しつつ実施してもほぼ同様に芙施しうろ
ことに明らかであり、以上框本発明の主旨を損なうこと
なく容易に実施しうるものである。

〔発明の効果〕

以上説明し九如く本発明に工れば、移動プラットフォー
ムに搭載し之すイドルッキングレーダに二って取得した
地表面の受信データをレンジおよびアジム方向に圧縮し
て画像データとする合取開口レーダ画像処理装置におい
て、地表面の移動目標に対Ｉ６したアジムス参照関数も
用意してアジムス圧ａｔ図ることにエリ静止目標ととも
に固足目標の抽出も基本的に可能とする合成−ロレーダ
画像処理装置が実現できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

ｍ１図に本発明による合成−ロレーダ画像処理装置の一
実施例の構成を示すブロック図、第２図は地上の合成開
口レーダによる地上の点目標からの受信信号の特徴を示
す受信信号特性図である。 １・・・・・・レンジ圧縮部、２・・・・・・コーナー
ターニング回路、３・・・・・・アジムス圧襠部、１１
・・・・・・レンジ圧縮回路、１２・・・・・・レンジ
参照関数発生回路、３１・・・・・・ドプラ周波数シフ
ト回路、３２・・・・・・ＦＦＴ回路、３３・・・・・
・レンジカーバチャ補正回路、３４・・・・・・アジム
ス圧縮回路、３５・・・・・・アジムス参照関数発生回
路、３６・・・・・・マルチルックフィルタリング回路
、３７・・・・・・ドプラ周波数・レンジカーバチャ関
数発生回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 航空機、人工衛星４の移動プラットフォームに搭載した
   アンテナおよびコヒーレント送受信機からなるサイドル
   ッキングレーダによって取得した地表面の目標の２次元
   に広がっている受信データを前記サイドルッキングレー
   ダの送信信号の共役関数であるレンジ参照関数ならびに
   地表の点目標の受信データとの共役関数であるアジムス
   参照関数と相関をとることによりそれぞれレンジ圧縮な
   らびにアジムス圧縮を行なつて画像信号として出力する
   合成開口レーダ画像処理装置において、地表の静止目標
   に対応する静止目標対応アジム参照関数と地上の移動目
   標に対応する移動目標対応アジム山椒関数とを発生する
   アジムス参照関数発生手段と、前記静止目標対応アジム
   ス参照関数ならびに移動目標対応アジムス参照関数と前
   記サイドルッキングレーダによる受信データとの相関処
   理によるアジムス圧縮を介して地表の静止目標とともに
   移動目標も抽出するアジム圧縮手段とを備えて画像処理
   を行なうことを特徴とする合成開口レーダ画像処理装置
   。