WO2016027326A1

WO2016027326A1 - 信号処理装置

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Publication number: WO2016027326A1
Application number: PCT/JP2014/071759
Authority: WO
Inventors: 智也山岡
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2014-08-20
Filing date: 2014-08-20
Publication date: 2016-02-25
Also published as: US20170269193A1; EP3185034A1; US10754006B2; JP6275265B2; CA2958525C; EP3185034B1; CA2958525A1; EP3185034A4; JPWO2016027326A1

Abstract

　信号復元部（１）から出力された信号成分に含まれている静止目標成分及び移動目標のエイリアシング成分と、その信号成分に含まれている移動目標成分とが周波数領域上で分かれるように、その信号成分のスペクトルの並べ替えを行う並べ替え部（３）と、並べ替え部（３）によるスペクトル並べ替え後の信号成分に含まれている静止目標成分及び移動目標のエイリアシング成分を抑圧して、スペクトル並べ替え後の信号成分に含まれている移動目標成分を抽出する整形部（４）とを設け、移動目標画像再生部（５）が、整形部（４）により抽出された移動目標成分から移動目標の画像を再生する。

Description

信号処理装置

　この発明は、移動目標の画像を再生する信号処理装置に関するものである。

　合成開口レーダの高機能化や高性能化を達成する手段として、マルチチャネル合成開口レーダが提案されている。
　マルチチャネル合成開口レーダの場合、送信アンテナの個数が１個であるとすれば、複数の受信アンテナを用いる必要がある。
　このとき、複数の受信アンテナを、レーダ装置を搭載しているプラットフォームの軌道方向に沿って配置すれば、以下の非特許文献１に開示されているＨＲＷＳ（Ｈｉｇｈ－Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ　Ｗｉｄｅ－Ｓｗａｔｈ）を実現することができる。ＨＲＷＳは、複数のチャネルの受信信号を１つのチャネルの受信信号とみなして、アジマスアンビギュイティを分離する高分解能広観測幅化のことである。
　また、以下の非特許文献２に開示されているＭＴＩ（Ｍｏｖｉｎｇ　Ｔａｒｇｅｔ　Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）を実現することができる。ＭＴＩは、複数のチャネルの受信信号を対応させてクラッタを除去することで、移動目標を検出する処理である。

　非特許文献３、４には、ＨＲＷＳとＭＴＩの双方を実現する検討内容が開示されているが、ＨＲＷＳを実現する場合、チャネル間の相関が低くなる受信アンテナの組み合わせが望ましく、ＭＴＩを実現する場合、チャネル間の相関が高くなる受信アンテナの組み合わせが望ましいとされている。
　このようにチャネル間の相関について、相反する要求があるＨＲＷＳとＭＴＩの双方を実現するには、チャネル数を増やして、チャネル間の相関が低くなる受信アンテナの組み合わせと、チャネル間の相関が高くなる受信アンテナの組み合わせとを選択する必要がある。

G. Krieger, N. Gebert and A. Moreira, "Unambiguous SAR signal reconstruction from nonuniform displaced phase center sampling", IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters, vol.1, no.4, pp.260-264, Oct., 2004. C.E. Livingstone, I. Sikaneta, C.H. Gierull, S. Chiu, A. Beaudoin, J. Campbell, J Beaudoin, S. Gong and T.A. Knight,"An airborne synthetic aperture radar (SAR) experiment to support RADARSAT-2 ground moving target identification (GMTI)", Can. J. Remote Sensing, vol.28, no.6, pp.794-813, 2002. Shuang-Xi Zhang, Meng-Dao Xing, Xiang-Gen Xia, Rui Guo, Yan-Yang Liu and Zheng Bao, "A novel moving target imaging algorithm for HRWS SAE SAR Based on Local Maximum Likelihood Minimum Entropy"IEEE Trans. on Geoscience and Remote Sensing, vol.52, no.9, pp.5333-5347, Sept., 2014.(to be published) Yuxiang Shu, Guisheng Liao and Zhiwei Yang, "Design considerations of PRF for optimizing GMTI performance in azimuth multichannel SAR systems with HRWS imaging capability" IEEE Trans. on Geoscience and Remote Sensing, vol.52, no.4, pp.2048-2063, April, 2014.

　従来の信号処理装置は以上のように構成されているので、チャネル数を増やせば、チャネル間の相関について、相反する要求があるＨＲＷＳとＭＴＩの双方を実現することができるが、チャネル数が増えると、衛星機等に搭載する際のコスト、積載量、データ転送量など増大してしまうという課題があった。

　この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、チャネル数を増やすことなく、高分解能広観測幅化を図ることができるとともに、移動目標を検出することができる信号処理装置を得ることを目的とする。

　この発明に係る信号処理装置は、送信アンテナから繰り返し送信された信号のうち、静止目標又は移動目標に反射された信号を、レーダ装置を搭載しているプラットフォームの軌道方向に沿って配置されている複数の受信アンテナが受信すると、複数の受信アンテナの受信信号に含まれている静止目標の折り返し雑音成分が相殺されるように、複数の受信アンテナの受信信号を合成して、その合成信号を出力する信号合成手段と、信号合成手段から出力された合成信号に含まれている静止目標成分及び移動目標の折り返し雑音成分を抑圧して、その合成信号に含まれている移動目標成分を抽出する移動目標成分抽出手段とを設け、画像再生手段が、移動目標成分抽出手段により抽出された移動目標成分から移動目標の画像を再生するようにしたものである。

　この発明によれば、信号合成手段から出力された合成信号に含まれている静止目標成分及び移動目標の折り返し雑音成分を抑圧して、その合成信号に含まれている移動目標成分を抽出する移動目標成分抽出手段と設け、画像再生手段が、移動目標成分抽出手段により抽出された移動目標成分から移動目標の画像を再生するように構成したので、チャネル数を増やすことなく、高分解能広観測幅化を図ることができるとともに、移動目標を検出することができる効果がある。

この発明の実施の形態１による信号処理装置を示す構成図である。この発明の実施の形態１による信号処理装置の処理内容を示すフローチャートである。周波数領域上での各種信号の波形を示す説明図である。周波数領域上での各種信号の波形を示す説明図である。時間領域上での受信信号（１）（２）の合成を示す説明図である。この発明の実施の形態２による信号処理装置を示す構成図である。周波数領域上での各種信号の波形を示す説明図である。時間領域上での受信信号（１）～（２Ｋ＋１）の合成を示す説明図である。この発明の実施の形態３による信号処理装置を示す構成図である。時間領域上での受信信号（１）～（２Ｋ）の合成を示す説明図である。

　以下、この発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
　この実施の形態１では、１本の送信アンテナからパルス繰り返し周期ＰＲＦ（Ｐｕｌｓｅ　Ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）でパルス信号が放射されたのち、静止目標又は移動目標に反射されたパルス信号が、その移動目標の軌道方向に沿って配置されている２本の受信アンテナで受信される例について説明する。
　なお、この実施の形態１では、上記のパルス繰り返し周期ＰＲＦは、折り返し雑音成分であるエイリアシング成分がアジマスアンビギュイティとして発生しない限界のドップラー周波数偏移の半分の値で運用されるため、２本の受信アンテナの受信信号におけるドップラー周波数信号成分には、エイリアシング成分としてアジマスアンビギュイティが発生している。
　以下、２本の受信アンテナを受信アンテナｃｈ１、受信アンテナｃｈ２のように表記する。

　図１はこの発明の実施の形態１による信号処理装置を示す構成図である。
　図１において、信号復元部１は受信アンテナｃｈ１から受信信号（１）を受けて、受信アンテナｃｈ２から受信信号（２）を受けると、その受信信号（１）（２）に含まれている静止目標のエイリアシング成分が相殺されるように、その受信信号（１）と受信信号（２）を合成して、その合成信号を出力する処理を実施する。
　即ち、信号復元部１は時間領域の信号である受信信号（１）（２）を周波数領域の信号に変換し、その周波数領域の信号をドップラー周波数信号（１）（２）として出力する信号変換部１ａと、パルス繰り返し周期ＰＲＦの２分の１だけ、信号変換部１ａから出力されたドップラー周波数信号（１）（２）を巡回シフトし、巡回シフト後のドップラー周波数信号（１）（２）に含まれている静止目標のエイリアシング成分が相殺されるように、巡回シフト後のドップラー周波数信号（１）（２）を合成して、その合成信号を出力する信号合成部１ｂとを備えている。
　なお、信号復元部１は信号合成手段を構成している。

　静止目標画像再生部２は信号復元部１から出力された合成信号に含まれている静止目標成分から静止目標の画像を再生する処理を実施する。
　並べ替え部３は信号復元部１から出力された合成信号に含まれている静止目標成分及び移動目標のエイリアシング成分と、その合成信号に含まれている移動目標成分とが周波数領域上で分かれるように、その合成信号のスペクトルの並べ替えを行う。
　整形部４は並べ替え部３によりスペクトルが並べ替えられた合成信号に含まれている静止目標成分及び移動目標のエイリアシング成分を抑圧して、その合成信号に含まれている移動目標成分を抽出する処理を実施する。
　なお、並べ替え部３及び整形部４から移動目標成分抽出手段が構成されている。

　移動目標画像再生部５は整形部４により抽出された移動目標成分から移動目標の画像を再生する処理を実施する。
　なお、静止目標画像再生部２及び移動目標画像再生部５から画像再生手段が構成されている。

　図１の例では、信号処理装置の構成要素である信号復元部１、静止目標画像再生部２、並べ替え部３、整形部４及び移動目標画像再生部５のそれぞれが専用のハードウェア（例えば、ＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなど）で構成されているものを想定しているが、信号処理装置がコンピュータで構成されていてもよい。
　信号処理装置をコンピュータで構成する場合、信号復元部１、静止目標画像再生部２、並べ替え部３、整形部４及び移動目標画像再生部５の処理内容を記述しているプログラムをコンピュータのメモリに格納し、当該コンピュータのＣＰＵが当該メモリに格納されているプログラムを実行するようにすればよい。
　図２はこの発明の実施の形態１による信号処理装置の処理内容を示すフローチャートである。

　次に動作について説明する。
　信号処理装置の処理内容を具体的に説明する前に、静止目標及び移動目標を観測した場合の受信信号の定式化について説明する。最初に、静止目標だけを観測して、移動目標を観測していない場合について説明する。
　ここでは、送信アンテナ及び受信アンテナｃｈ１、ｃｈ２は、移動目標の軌道方向に沿って配置されており、受信アンテナｃｈ１は、送信アンテナからΔｘ_１だけ離れた位置に配置され、受信アンテナｃｈ２は、送信アンテナからΔｘ_２だけ離れた位置に配置されているものとする。

　送信アンテナからパルス繰り返し周期ＰＲＦで放射されたパルス信号のうち、静止目標に反射されたパルス信号が、受信アンテナｃｈ１、ｃｈ２で受信されるが、そのパルス信号の伝搬距離ｒ_ｉ（ｔ）は、下記の式（１）のように表される。ｉ＝１、２である。

　式（１）において、ｒ_０は送信アンテナから静止目標までの距離であるスラントレンジ距離、ｖ_ｐｌｆはレーダ装置を搭載しているプラットフォームの移動速度である。

　式（１）で表されているパルス信号の伝搬距離ｒ_ｉ（ｔ）は、テイラー近似を導入すると、下記の式（２）のように簡単化することができる。

　したがって、受信アンテナｃｈ１、ｃｈ２の受信信号（１）（２）のドップラー周波数成分であるドップラー周波数信号Ｓ_ｉ（ｆ）は、下記の式（３）に示すように、通常のモノスタティック観測が行われた場合の受信信号のドップラー周波数成分であるＵ（ｆ）に対して、－Δｘ_ｉ／２ｖ_ｐｌｆの時間シフトとΔｘ_ｉ ^２／４ｒ_０の距離変化に相当する位相回転が与えられているものとして表される。

　図３は周波数領域上での各種信号の波形を示す説明図である。

　合成信号である信号成分Ｕハット（ｆ）は、エイリアシング成分が相殺されており、モノスタティック観測で得られた信号と等価で広帯域な信号である。

　次に、移動目標を観測した場合の受信信号の定式化について説明する。
　移動目標を観測した場合、上記の式（４）の合成処理を実施しても、移動目標のエイリアシング成分が残余することに本発明は着目する。
　まず、送信アンテナからパルス繰り返し周期ＰＲＦで放射されたパルス信号のうち、静止目標又は移動目標に反射されたパルス信号が、受信アンテナｃｈ１、ｃｈ２で受信された場合、そのパルス信号の伝搬距離ｒ_ｉ（ｔ）は、下記の式（５）のように表される。ｉ＝１、２である。

　式（５）において、ｖ_ｔｇｔは移動目標のレンジ方向の移動速度である。この実施の形態１では、移動目標がアジマス方向に移動していないものとする。

　式（５）で表されているパルス信号の伝搬距離ｒ_ｉ（ｔ）は、テイラー近似を導入すると、下記の式（６）のように簡単化することができる。

　したがって、受信アンテナｃｈ１、ｃｈ２の受信信号のドップラー周波数成分であるドップラー周波数信号Ｒ_ｉ（ｆ）は、下記の式（７）に示すように、通常のモノスタティック観測が行われた場合の受信信号のドップラー周波数成分であるＵ（ｆ）に対して、
　－Δｘ_ｉ／２ｖ_ｐｌｆ、－ｒ_０ｖ_ｔｇｔ／ｖ_ｐｌｆ ^２の時間シフトと、
　Δｘ_ｉ ^２／４ｒ_０－ｖ_ｔｇｔΔｘ_ｉ／ｖ_ｐｌｆ－ｖ_ｔｇｔ ^２ｒ_０／ｖ_ｐｌｆ ^２の距離変化に相当する位相回転が与えられているものとして表される。

　図４は周波数領域上での各種信号の波形を示す説明図である。

　図４において、太線は静止目標成分を示し、細線は移動目標成分を示している。また、破線によって所望信号とエイリアシングが重複している様相を確認できるように示している。

　式（８）の合成処理を実施することで、エイリアシング成分が相殺され、下記の式（９）に示すような信号成分Ｚハット_ｉ（ｆ）が得られる。

　しかし、式（８）の合成処理では、下記の式（１０）に示すようなエイリアシング成分Ｖハット_ｉ（ｆ）が残余する。

　式（８）のＵハット（ｆ）をＺハット_ｉ（ｆ）とＶハット_ｉ（ｆ）に分割すれば、Ｖハット_ｉ（ｆ）の残余量に応じてエイリアシング成分が残余することがわかる。
　式（８）の合成処理を整理すると、下記の式（１１）のように表される。

　式（１１）において、Ｖハット_ｉ（ｆ）には、ｓｉｎθ＿の係数が乗算されていることから、移動目標の速度と、受信アンテナの間隔が反映された係数に応じた移動目標のエイリアシング成分が残余することがわかる。
　そこで、この実施の形態１では、静止目標成分が少ない帯域での移動目標成分のエイリアシング成分が結像するように、帯域外の静止目標成分を抑圧しながら、移動目標成分が強調された画像を再生する。
　以下、信号処理装置の処理内容を具体的に説明する。

　送信アンテナからパルス繰り返し周期ＰＲＦで放射されたパルス信号のうち、静止目標又は移動目標に反射されたパルス信号を、受信アンテナｃｈ１、ｃｈ２が受信すると、信号復元部１が、受信アンテナｃｈ１、ｃｈ２の受信信号（１）（２）を取得する。
　信号復元部１の信号変換部１ａは、受信アンテナｃｈ１、ｃｈ２の受信信号（１）（２）を取得すると、その受信信号（１）（２）を周波数領域の信号に変換し、その周波数領域の信号をドップラー周波数信号（１）（２）として出力する。

　なお、時間領域の信号である受信信号（１）（２）を周波数領域の信号に変換する手法は特に問わないが、例えば、受信信号（１）（２）に対する高速フーリエ変換処理や離散フーリエ変換処理を行うことで、周波数領域の信号に変換することができる。

　即ち、信号合成部１ｂは、式（８）の合成処理を実施することで、合成信号として信号成分Ｕハット（ｆ－ＰＲＦ／２）、Ｕハット（ｆ＋ＰＲＦ／２）を得て、その信号成分Ｕハット（ｆ－ＰＲＦ／２）、Ｕハット（ｆ＋ＰＲＦ／２）を静止目標画像再生部２及び並べ替え部３に出力する（図２のステップＳＴ１）。

　静止目標画像再生部２は、信号復元部１から信号成分Ｕハット（ｆ－ＰＲＦ／２）、Ｕハット（ｆ＋ＰＲＦ／２）を受けると、その信号成分Ｕハット（ｆ－ＰＲＦ／２）、Ｕハット（ｆ＋ＰＲＦ／２）を時間領域の信号に変換し、その時間領域の信号から静止目標の画像を再生する（ステップＳＴ２）。
　なお、信号成分Ｕハット（ｆ－ＰＲＦ／２）、Ｕハット（ｆ＋ＰＲＦ／２）を時間領域の信号に変換する手法は特に問わないが、例えば、信号成分Ｕハット（ｆ－ＰＲＦ／２）、Ｕハット（ｆ＋ＰＲＦ／２）に対する逆高速フーリエ変換処理や逆離散フーリエ変換処理を行うことで、時間領域の信号に変換することができる。
　静止目標画像の再生方法は、例えば、以下の非特許文献５、６に開示されており、例えば、レンジドップラー法、チャープスケーリング法、ω－Ｋ法、ポーラフォーマット法、バックプロジェクション法などを用いることができる。
［非特許文献５］
　Lan G. Cumming and Frank H. Wong,“digital processing of SYNTHETIC APERTURE RADAR”, ARTECH HOUSE
［非特許文献６］
　Gharles V. Jakowatz Jr., Daniel E. Wahl, Palu H. Eichel, Dennis C. Ghiglia and Paul A. Thompson, “SPOTLIGHT-MODE SYNTHETIC APERTURE RADAR: A SIGNAL PROCESSING APPROACH”, KLUWER ACADEMIC PUBLISHERS

　並べ替え部３は、信号復元部１から信号成分Ｕハット（ｆ－ＰＲＦ／２）、Ｕハット（ｆ＋ＰＲＦ／２）を受けると、図４（ｆ）に示すように、その信号成分Ｕハット（ｆ－ＰＲＦ／２）、Ｕハット（ｆ＋ＰＲＦ／２）に含まれている静止目標成分及び移動目標のエイリアシング成分と、その信号成分Ｕハット（ｆ－ＰＲＦ／２）、Ｕハット（ｆ＋ＰＲＦ／２）に含まれている移動目標成分とが周波数領域上で分かれるように、その信号成分Ｕハット（ｆ－ＰＲＦ／２）、Ｕハット（ｆ＋ＰＲＦ／２）のスペクトルの並べ替えを行う（ステップＳＴ３）。
　即ち、並べ替え部３は、下記の式（１２）に示すように、信号成分Ｕハット（ｆ－ＰＲＦ／２）、Ｕハット（ｆ＋ＰＲＦ／２）のスペクトルの並べ替えを行う。なお、移動目標成分をコヒーレントに加算するため、符号の変換も行っている。

　また、ドップラーシフト毎に設計したフィルタを組み合わせてフィルタバンクを構成し、それぞれの移動速度を含んでいる信号成分を複数出力するようにしてもよい。また、これらの手法を組み合わせてもよい。

　このように、通常の復元処理において、クラッタの存在量が少ない帯域外にドップラーシフトしている移動目標成分を追加することによって信号対クラッタ比を改善することが可能である。これは、並べ替え部３において、信号のコピーと置換を行うことで達成される処理である。例えば、ここで示したように信号のコピーと置換も行って更に信号対クラッタ比を改善してもよい。

　移動目標画像再生部５は、整形部４が移動目標成分を抽出すると、その移動目標成分を時間領域の信号に変換し、その時間領域の信号から移動目標の画像を再生する（ステップＳＴ５）。
　なお、周波数領域の信号である移動目標成分を時間領域の信号に変換する手法は特に問わないが、例えば、移動目標成分に対する逆高速フーリエ変換処理や逆離散フーリエ変換処理を行うことで、時間領域の信号に変換することができる。
　また、移動目標画像の再生方法は特に問わないが、例えば、レンジドップラー法、チャープスケーリング法、ω－Ｋ法、ポーラフォーマット法、バックプロジェクション法などを用いることができる。

　移動目標画像再生部５は、移動目標の画像を再生すると、その移動目標の画像を構成する画素の中から、予め設定された閾値より大きな振幅値（信号強度）を有する画素を検出し、その検出した１以上の画素の集まりを移動目標として特定する。
　この閾値は、例えば、移動目標に係る信号強度や、移動目標の周囲に係る信号強度から決定してもよい。
　また、エッジ検出フィルタやそれらに準ずるフィルタを用いて、移動目標画像を構成する画素に対して、エッジを検出するフィルタ処理等を行うことで、残余しているクラッタやアジマスアンビギュイティを抑圧するようにしてもよい。このとき、信号振幅に対してエッジ検出フィルタを用いるのであれば、負の出力に対して０を置換してもよい。
　また、移動目標画像再生部５は、移動目標の画像を再生すると、その移動目標の画像と、静止目標画像再生部２により再生された静止目標の画像とに異なる着色を施してダイナミックレンジを調節してから、その移動目標の画像と静止目標の画像とを重ね合わせるようにしてもよい。
　このように、移動目標の画像と静止目標の画像とを重ね合わせることで、重ね合わせての視認が可能になる。
　なお、移動目標画像再生部５による移動目標の画像の再生処理と、静止目標画像再生部２による静止目標の画像の再生処理は、並列に実行するようにしてもよい。

　即ち、２本の受信アンテナｃｈ１、ｃｈ２を用いるだけで、高分解能広観測幅化と移動目標の検出を実現することができる。

　しかし、これは一例に過ぎず、スペクトルの並べ替えを実施せずに、静止目標成分及び移動目標のエイリアシング成分を抑圧して、移動目標成分を抽出するようにしてもよい。

　具体的には、信号復元部１から出力された信号成分Ｕハット（ｆ－ＰＲＦ／２）、Ｕハット（ｆ＋ＰＲＦ／２）に含まれている静止目標成分及び移動目標成分が抑圧されて、移動目標成分のエイリアシング成分を所望信号として結像するように、移動目標画像再生部５が、その信号成分Ｕハット（ｆ－ＰＲＦ／２）、Ｕハット（ｆ＋ＰＲＦ／２）に対するレンジセルマイグレーション処理及びアジマス圧縮用の整合フィルタ処理を実施することで、その信号成分Ｕハット（ｆ－ＰＲＦ／２）、Ｕハット（ｆ＋ＰＲＦ／２）に含まれている移動目標成分を抽出する。レンジセルマイグレーション処理及びアジマス圧縮用の整合フィルタ処理自体は、公知の技術であるため詳細な説明を省略する。この場合、移動目標画像再生部５が移動目標成分抽出手段を構成する。

　しかし、これは一例に過ぎず、図５に示すように、信号復元部１が、受信アンテナｃｈ１、ｃｈ２の受信信号（１）（２）を時間領域上で交互に並べてから、その受信アンテナｃｈ１、ｃｈ２の受信信号（１）（２）を合成して、その合成信号を出力するようにしてもよい。

　具体的には、以下の通りである。
　受信アンテナｃｈ１、ｃｈ２が移動目標の軌道方向に沿って配置されているので、図５に示すように、受信アンテナｃｈ１の受信信号（１）が、時刻ｔ_１、ｔ_３、ｔ_５、・・・で受信されるとすれば、受信アンテナｃｈ２の受信信号（２）は、時刻ｔ_２、ｔ_４、ｔ_６、・・・で受信される。
　このとき、信号復元部１が、図５に示すように、受信信号（１）と受信信号（２）が時間領域上で交互に並ぶように、受信信号（１）と受信信号（２）を合成する。

　また、この実施の形態１では、１本の送信アンテナからパルス信号が放射されるレーダ装置に適用している例を示したが、複数の送信アンテナからパルス信号が放射されるレーダ装置に適用するようにしてもよい。

実施の形態２．
　上記実施の形態１では、移動目標の軌道方向に沿って配置されている２本の受信アンテナｃｈ１、ｃｈ２の受信信号を取得して、移動目標を検出する信号処理装置について示したが、この実施の形態２では、プラットフォームの軌道方向に沿って配置されている（２Ｋ＋１）本の受信アンテナ（３以上の奇数本の受信アンテナ）の受信信号を取得して、移動目標を検出する信号処理装置について説明する。Ｋ＝１、２、３、・・・である。
　この実施の形態２では、パルス繰り返し周期ＰＲＦは、折り返し雑音成分であるエイリアシング成分がアジマスアンビギュイティとして発生しない限界のドップラー周波数偏移の１／（２Ｋ＋１）で運用されるため、（２Ｋ＋１）本の受信アンテナの受信信号におけるドップラー周波数信号成分には、エイリアシング成分としてアジマスアンビギュイティが発生している。

　図６はこの発明の実施の形態２による信号処理装置を示す構成図であり、図６において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
　信号復元部１１は移動目標の軌道方向に沿って配置されている（２Ｋ＋１）本の受信アンテナの受信信号（１）～（２Ｋ＋１）を受けると、その受信信号（１）～（２Ｋ＋１）に含まれている静止目標のエイリアシング成分が相殺されるように、その受信信号（１）～（２Ｋ＋１）を合成して、その合成信号を出力する処理を実施する。
　即ち、信号復元部１は時間領域の信号である受信信号（１）～（２Ｋ＋１）を周波数領域の信号に変換し、その周波数領域の信号をドップラー周波数信号（１）～（２Ｋ＋１）として出力する信号変換部１１ａと、信号変換部１１ａから出力されたドップラー周波数信号（１）～（２Ｋ＋１）に含まれている静止目標のエイリアシング成分が相殺されるように、そのドップラー周波数信号（１）～（２Ｋ＋１）を合成して、その合成信号を出力する信号合成部１１ｂとを備えている。
　なお、信号復元部１１は信号合成手段を構成している。

　次に動作について説明する。
　送信アンテナからパルス繰り返し周期ＰＲＦで放射されたパルス信号のうち、静止目標又は移動目標に反射されたパルス信号を、（２Ｋ＋１）本の受信アンテナが受信すると、信号復元部１１が、（２Ｋ＋１）本の受信アンテナの受信信号（１）～（２Ｋ＋１）を取得する。
　信号復元部１１の信号変換部１１ａは、（２Ｋ＋１）本の受信アンテナの受信信号（１）～（２Ｋ＋１）を取得すると、その受信信号（１）～（２Ｋ＋１）を周波数領域の信号に変換し、その周波数領域の信号をドップラー周波数信号（１）～（２Ｋ＋１）として出力する。

　なお、時間領域の信号である受信信号（１）～（２Ｋ＋１）を周波数領域の信号に変換する手法は特に問わないが、例えば、受信信号（１）～（２Ｋ＋１）に対する高速フーリエ変換処理や離散フーリエ変換処理を行うことで、周波数領域の信号に変換することができる。

　図７は周波数領域上での各種信号の波形を示す説明図である。図７では、Ｋ＝１の例を示している。

　図７において、太線は静止目標成分を示し、細線は移動目標成分を示している。また、太線の破線は静止目標のエイリアシング成分を示し、細線の破線は移動目標のエイリアシング成分を示している。

　即ち、信号合成部１１ｂは、－ＰＲＦ／２≦ｆ＜ＰＲＦ／２として、式（１３）の合成処理を実施することで、合成信号として信号成分Ｕハット（ｆ－ＫＰＲＦ）～Ｕハット（ｆ＋ＫＰＲＦ）を得て、その信号成分Ｕハット（ｆ－ＫＰＲＦ）～Ｕハット（ｆ＋ＫＰＲＦ）を静止目標画像再生部２及び並べ替え部３に出力する。

　静止目標画像再生部２は、信号復元部１１から信号成分Ｕハット（ｆ－ＫＰＲＦ）～Ｕハット（ｆ＋ＫＰＲＦ）を受けると、上記実施の形態１と同様に、その信号成分Ｕハット（ｆ－ＫＰＲＦ）～Ｕハット（ｆ＋ＫＰＲＦ）を時間領域の信号に変換し、その時間領域の信号から静止目標の画像を再生する。
　なお、信号成分Ｕハット（ｆ－ＫＰＲＦ）～Ｕハット（ｆ＋ＫＰＲＦ）を時間領域の信号に変換する手法は特に問わないが、例えば、信号成分Ｕハット（ｆ－ＫＰＲＦ）～Ｕハット（ｆ＋ＫＰＲＦ）に対する逆高速フーリエ変換処理や逆離散フーリエ変換処理を行うことで、時間領域の信号に変換することができる。
　また、静止目標画像の再生方法は、上記実施の形態１と同様に、レンジドップラー法、チャープスケーリング法、ω－Ｋ法、ポーラフォーマット法、バックプロジェクション法などを用いることができる。

　並べ替え部３は、信号復元部１１から信号成分Ｕハット（ｆ－ＫＰＲＦ）～Ｕハット（ｆ＋ＫＰＲＦ）を受けると、図７（ｉ）に示すように、その信号成分Ｕハット（ｆ－ＫＰＲＦ）～Ｕハット（ｆ＋ＫＰＲＦ）に含まれている静止目標成分及び移動目標のエイリアシング成分と、その信号成分Ｕハット（ｆ－ＫＰＲＦ）～Ｕハット（ｆ＋ＫＰＲＦ）に含まれている移動目標成分とが周波数領域上で分かれるように、その信号成分Ｕハット（ｆ－ＫＰＲＦ）～Ｕハット（ｆ＋ＫＰＲＦ）のスペクトルの並べ替えを行う。
　即ち、並べ替え部３は、下記の式（１４）に示すように、信号成分Ｕハット（ｆ－ＫＰＲＦ）～Ｕハット（ｆ＋ＫＰＲＦ）のスペクトルの並べ替えを行う。

　なお、式（１４）は、スペクトルの並べ替えによって、図７（ｇ）から図７（ｉ）の状態に移行することを表しているが、最初に、図７（ｈ）に示すように、信号成分Ｕハット（ｆ－ＫＰＲＦ）～Ｕハット（ｆ＋ＫＰＲＦ）に含まれている静止目標成分及び移動目標のエイリアシング成分と、移動目標成分とが周波数領域上で分かれるように、その信号成分Ｕハット（ｆ－ＫＰＲＦ）～Ｕハット（ｆ＋ＫＰＲＦ）のスペクトルの並べ替えを行ってから、図７（ｉ）に示すように、静止目標成分が残余している周波成分を中心部分の帯域に集めるようにしてもよい。

　信号が与えられていない帯域には０を与えるものとする。
　このように、通常の復元処理において、クラッタの存在量が少ない帯域外にドップラーシフトしている移動目標成分を追加することによって信号対クラッタ比を改善することが可能である。これは、並べ替え部３において信号のコピーと置換を行うことで達成される処理である。例えば、ここで示したように信号のコピーと置換も行ってさらに信号対クラッタ比を改善してもよい。

　移動目標画像再生部５は、整形部４が移動目標成分を抽出すると、上記実施の形態１と同様に、その移動目標成分を時間領域の信号に変換し、その時間領域の信号から移動目標の画像を再生する。
　なお、周波数領域の信号である移動目標成分を時間領域の信号に変換する手法は特に問わないが、例えば、移動目標成分に対する逆高速フーリエ変換処理や逆離散フーリエ変換処理を行うことで、時間領域の信号に変換することができる。
　また、移動目標画像の再生方法は特に問わないが、例えば、レンジドップラー法、チャープスケーリング法、ω－Ｋ法、ポーラフォーマット法、バックプロジェクション法などを用いることができる。

　移動目標画像再生部５は、移動目標の画像を再生すると、上記実施の形態１と同様に、その移動目標の画像を構成する画素の中から、予め設定された閾値より大きな振幅値（信号強度）を有する画素を検出し、その検出した１以上の画素の集まりを移動目標として特定する。
　この閾値は、例えば、移動目標に係る信号強度や、移動目標の周囲に係る信号強度から決定してもよい。
　また、エッジ検出フィルタやそれらに準ずるフィルタを用いて、移動目標画像を構成する画素に対して、エッジを検出するフィルタ処理等を行うことで、残余しているクラッタやアジマスアンビギュイティを抑圧するようにしてもよい。このとき、信号振幅に対してエッジ検出フィルタを用いるのであれば、負の出力に対して０を置換してもよい。
　また、移動目標画像再生部５は、移動目標の画像を再生すると、上記実施の形態１と同様に、その移動目標の画像と、静止目標画像再生部２により再生された静止目標の画像とに異なる着色を施してダイナミックレンジを調節してから、その移動目標の画像と静止目標の画像とを重ね合わせるようにしてもよい。
　このように、移動目標の画像と静止目標の画像とを重ね合わせることで、重ね合わせての視認が可能になる。
　なお、移動目標画像再生部５による移動目標の画像の再生処理と、静止目標画像再生部２による静止目標の画像の再生処理は、並列に実行するようにしてもよい。

　以上で明らかなように、この実施の形態２によれば、受信アンテナの数が３以上の奇数であっても、上記実施の形態１と同様に、高分解能広観測幅化を図ることができるとともに、移動目標を検出することができる効果を奏する。

　具体的には、信号復元部１から出力された信号成分Ｕハット（ｆ－ＫＰＲＦ）～Ｕハット（ｆ＋ＫＰＲＦ）に含まれている静止目標成分及び移動目標成分を抑圧して、移動目標成分のエイリアシング成分を所望信号として結像するように移動目標画像再生部５が、その信号成分Ｕハット（ｆ－ＫＰＲＦ）～Ｕハット（ｆ＋ＫＰＲＦ）に対するレンジセルマイグレーション処理及びアジマス圧縮用の整合フィルタ処理を実施することで、その信号成分Ｕハット（ｆ－ＫＰＲＦ）～Ｕハット（ｆ＋ＫＰＲＦ）に含まれている移動目標成分を抽出する。レンジセルマイグレーション処理及びアジマス圧縮用の整合フィルタ処理自体は、公知の技術であるため詳細な説明を省略する。

　しかし、これは一例に過ぎず、図８に示すように、信号復元部１１が、（２Ｋ＋１）本の受信アンテナの受信信号（１）～（２Ｋ＋１）を時間領域上で順番に並べてから、その受信アンテナの受信信号（１）～（２Ｋ＋１）を合成して、その合成信号を出力するようにしてもよい。

　また、この実施の形態２では、１本の送信アンテナからパルス信号が放射されるレーダ装置に適用している例を示したが、複数の送信アンテナからパルス信号が放射されるレーダ装置に適用するようにしてもよい。

実施の形態３．
　上記実施の形態１では、移動目標の軌道方向に沿って配置されている２本の受信アンテナｃｈ１、ｃｈ２の受信信号を取得して、移動目標を検出する信号処理装置について示したが、この実施の形態３では、プラットフォームの軌道方向に沿って配置されている２Ｋ本の受信アンテナ（２以上の偶数本の受信アンテナ）の受信信号を取得して、移動目標を検出する信号処理装置について説明する。Ｋ＝１、２、３、・・・である。
　この実施の形態３では、パルス繰り返し周期ＰＲＦは、折り返し雑音成分であるエイリアシング成分がアジマスアンビギュイティとして発生しない限界のドップラー周波数偏移の１／２Ｋで運用されるため、２Ｋ本の受信アンテナの受信信号におけるドップラー周波数信号成分には、エイリアシング成分としてアジマスアンビギュイティが発生している。

　次に動作について説明する。
　送信アンテナからパルス繰り返し周期ＰＲＦで放射されたパルス信号のうち、静止目標又は移動目標に反射されたパルス信号を、２Ｋ本の受信アンテナが受信すると、信号復元部１１が、２Ｋ本の受信アンテナの受信信号（１）～（２Ｋ）を取得する。
　信号復元部１１の信号変換部１１ａは、２Ｋ本の受信アンテナの受信信号（１）～（２Ｋ）を取得すると、その受信信号（１）～（２Ｋ）を周波数領域の信号に変換し、その周波数領域の信号をドップラー周波数信号（１）～（２Ｋ）として出力する。

　なお、時間領域の信号である受信信号（１）～（２Ｋ）を周波数領域の信号に変換する手法は特に問わないが、例えば、受信信号（１）～（２Ｋ）に対する高速フーリエ変換処理や離散フーリエ変換処理を行うことで、周波数領域の信号に変換することができる。

　即ち、信号合成部１１ｂは、－ＰＲＦ／２≦ｆ＜ＰＲＦ／２として、式（１５）の合成処理を実施することで、合成信号として信号成分Ｕハット（ｆ－（Ｋ－１／２）ＰＲＦ）～Ｕハット（ｆ＋（Ｋ－１／２）ＰＲＦ）を得て、その信号成分Ｕハット（ｆ－（Ｋ－１／２）ＰＲＦ）～Ｕハット（ｆ＋（Ｋ－１／２）ＰＲＦ）を静止目標画像再生部２及び並べ替え部３に出力する。

　静止目標画像再生部２は、信号復元部１１から信号成分Ｕハット（ｆ－（Ｋ－１／２）ＰＲＦ）～Ｕハット（ｆ＋（Ｋ－１／２）ＰＲＦ）を受けると、上記実施の形態１と同様に、その信号成分Ｕハット（ｆ－（Ｋ－１／２）ＰＲＦ）～Ｕハット（ｆ＋（Ｋ－１／２）ＰＲＦ）を時間領域の信号に変換し、その時間領域の信号から静止目標の画像を再生する。
　なお、信号成分Ｕハット（ｆ－（Ｋ－１／２）ＰＲＦ）～Ｕハット（ｆ＋（Ｋ－１／２）ＰＲＦ）を時間領域の信号に変換する手法は特に問わないが、例えば、信号成分Ｕハット（ｆ－（Ｋ－１／２）ＰＲＦ）～Ｕハット（ｆ＋（Ｋ－１／２）ＰＲＦ）に対する逆高速フーリエ変換処理や逆離散フーリエ変換処理を行うことで、時間領域の信号に変換することができる。
　また、静止目標画像の再生方法は、上記実施の形態１と同様に、レンジドップラー法、チャープスケーリング法、ω－Ｋ法、ポーラフォーマット法、バックプロジェクション法などを用いることができる。

　並べ替え部３は、信号復元部１１から信号成分Ｕハット（ｆ－（Ｋ－１／２）ＰＲＦ）～Ｕハット（ｆ＋（Ｋ－１／２）ＰＲＦ）を受けると、図４（ｆ）に示すように、その信号成分Ｕハット（ｆ－（Ｋ－１／２）ＰＲＦ）～Ｕハット（ｆ＋（Ｋ－１／２）ＰＲＦ）に含まれている静止目標成分及び移動目標のエイリアシング成分と、その信号成分Ｕハット（ｆ－（Ｋ－１／２）ＰＲＦ）～Ｕハット（ｆ＋（Ｋ－１／２）ＰＲＦ）に含まれている移動目標成分とが周波数領域上で分かれるように、その信号成分Ｕハット（ｆ－（Ｋ－１／２）ＰＲＦ）～Ｕハット（ｆ＋（Ｋ－１／２）ＰＲＦ）のスペクトルの並べ替えを行う。
　即ち、並べ替え部３は、下記の式（１６）に示すように、信号成分Ｕハット（ｆ－（Ｋ－１／２）ＰＲＦ）～Ｕハット（ｆ＋（Ｋ－１／２）ＰＲＦ）のスペクトルの並べ替えを行う。

　信号が与えられていない帯域には０を与えるものとする。
　このように、通常の復元処理においてクラッタの存在量が少ない帯域外にドップラーシフトしている移動目標成分を追加することによって信号対クラッタ比を改善することが可能である。これは、並べ替え部において、信号のコピーと置換を行うことで達成される処理である。例えば、ここで示したように信号のコピーと置換も行ってさらに信号対クラッタ比を改善してもよい。

　以上で明らかなように、この実施の形態３によれば、受信アンテナの数が２以上の偶数であっても、上記実施の形態１と同様に、高分解能広観測幅化を図ることができるとともに、移動目標を検出することができる効果を奏する。

　具体的には、信号復元部１から出力された信号成分Ｕハット（ｆ－（Ｋ－１／２）ＰＲＦ）～Ｕハット（ｆ＋（Ｋ－１／２）ＰＲＦ）に含まれている静止目標成分及び移動目標成分を抑圧して、移動目標成分のエイリアシング成分を所望信号として結像されるように、移動目標画像再生部５が、その信号成分Ｕハット（ｆ－（Ｋ－１／２）ＰＲＦ）～Ｕハット（ｆ＋（Ｋ－１／２）ＰＲＦ）に対するレンジセルマイグレーション処理及びアジマス圧縮用の整合フィルタ処理を実施することで、その信号成分Ｕハット（ｆ－（Ｋ－１／２）ＰＲＦ）～Ｕハット（ｆ＋（Ｋ－１／２）ＰＲＦ）に含まれている移動目標成分を抽出する。レンジセルマイグレーション処理及びアジマス圧縮用の整合フィルタ処理自体は、公知の技術であるため詳細な説明を省略する。

　しかし、これは一例に過ぎず、図１０に示すように、信号復元部１１が、２Ｋ本の受信アンテナの受信信号（１）～（２Ｋ）を時間領域上で順番に並べてから、その受信アンテナの受信信号（１）～（２Ｋ）を合成して、その合成信号を出力するようにしてもよい。

　また、この実施の形態３では、１本の送信アンテナからパルス信号が放射されるレーダ装置に適用している例を示したが、複数の送信アンテからパルス信号が放射されるレーダ装置に適用するようにしてもよい。

　なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

　この発明に係る信号処理装置は、チャネル数を増やすことなく、高分解能広観測幅化を図りながら、移動目標を検出する必要があるものに適している。

　１　信号復元部（信号合成手段）、１ａ　信号変換部、１ｂ　信号合成部、２　静止目標画像再生部（画像再生手段）、３　並べ替え部（移動目標成分抽出手段）、４　整形部（移動目標成分抽出手段）、５　移動目標画像再生部、１１　信号復元部（信号合成手段）、１１ａ　信号変換部、１１ｂ　信号合成部。

Claims

　送信アンテナから繰り返し送信された信号のうち、静止目標又は移動目標に反射された信号を、レーダ装置を搭載しているプラットフォームの軌道方向に沿って配置されている複数の受信アンテナが受信すると、前記複数の受信アンテナの受信信号に含まれている前記静止目標の折り返し雑音成分が相殺されるように、前記複数の受信アンテナの受信信号を合成して、その合成信号を出力する信号合成手段と、
　前記信号合成手段から出力された合成信号に含まれている静止目標成分及び前記移動目標の折り返し雑音成分を抑圧して、前記合成信号に含まれている移動目標成分を抽出する移動目標成分抽出手段と、
　前記移動目標成分抽出手段により抽出された移動目標成分から前記移動目標の画像を再生する画像再生手段と
　を備えた信号処理装置。
　前記信号合成手段は、前記複数の受信アンテナの受信信号を周波数領域の信号に変換し、前記複数の周波数領域の信号に含まれている前記静止目標の折り返し雑音成分が相殺されるように、前記複数の周波数領域の信号を合成して、その合成信号を出力することを特徴とする請求項１記載の信号処理装置。
　前記信号合成手段は、前記送信アンテナから送信される信号のパルス繰り返し周波数の２分の１だけ、前記複数の周波数領域の信号を巡回シフトし、巡回シフト後の前記複数の周波数領域の信号に含まれている前記静止目標の折り返し雑音成分が相殺されるように、巡回シフト後の前記複数の周波数領域の信号を合成して、その合成信号を出力することを特徴とする請求項２記載の信号処理装置。
　前記信号合成手段は、前記複数の受信アンテナの受信信号を時間領域上で交互に並べてから、前記複数の受信アンテナの受信信号を合成して、その合成信号を出力することを特徴とする請求項１記載の信号処理装置。
　前記移動目標成分抽出手段は、前記信号合成手段から出力された合成信号に含まれている静止目標成分及び前記移動目標の折り返し雑音成分と、前記合成信号に含まれている移動目標成分とが周波数領域上で分かれるように、前記合成信号のスペクトルの並べ替えを行う並べ替え部と、
　前記並べ替え部によりスペクトルが並べ替えられた合成信号に含まれている静止目標成分及び前記移動目標の折り返し雑音成分を抑圧して、前記合成信号に含まれている移動目標成分を抽出する整形部とから構成されていることを特徴とする請求項２記載の信号処理装置。
　前記並べ替え部は、前記合成信号のスペクトルの並べ替えを行う際、前記合成信号に含まれている一部の信号のコピーを行って置換することを特徴とする請求項５記載の信号処理装置。
　前記移動目標成分抽出手段は、前記信号合成手段から出力された合成信号に含まれている静止目標成分及び前記移動目標の折り返し雑音成分が抑圧されるように、前記合成信号に対するレンジセルマイグレーション処理及びアジマス圧縮用の整合フィルタ処理を実施することで、前記合成信号に含まれている移動目標成分を抽出することを特徴とする請求項２記載の信号処理装置。
　前記画像再生手段は、前記移動目標の画像を構成する画素の中から、予め設定された閾値より大きな振幅値を有する画素を検出することで、前記移動目標を検出することを特徴とする請求項１記載の信号処理装置。
　前記画像再生手段は、前記移動目標の画像を構成する画素に対して、エッジを検出するフィルタ処理を行うことを特徴とする請求項１記載の信号処理装置。
　前記画像再生手段は、前記信号合成手段から出力された合成信号に含まれている静止目標成分から前記静止目標の画像を再生することを特徴とする請求項１記載の信号処理装置。
　前記画像再生手段は、前記移動目標の画像と前記静止目標の画像とに異なる着色を施してから、前記移動目標の画像と前記静止目標の画像とを重ね合わせることを特徴とする請求項１０記載の信号処理装置。