WO2017094157A1

WO2017094157A1 - 合成開口レーダ装置および信号処理装置

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Publication number: WO2017094157A1
Application number: PCT/JP2015/083949
Authority: WO
Inventors: 正芳土田; 啓諏訪; 照幸原
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2015-12-03
Filing date: 2015-12-03
Publication date: 2017-06-08
Also published as: JP6011746B1; JPWO2017094157A1

Abstract

観測中における合成開口レーダ装置の移動の影響により、受信信号の周波数が送信時の周波数から変化する。このようなドップラーにより、合成開口レーダ画像内にアジマスアンビギュイティが発生するという問題点があった。本発明の合成開口レーダ装置は、送信信号を放射し、目標で反射された送信信号を受信するアンテナ部と、パルス間変調により送信信号を生成してアンテナ部に送信する送信部と、アンテナ部で受信した送信信号を受信信号として出力する受信部と、アンテナ部から放射されるレーダビームの指向方向に基づいて送信部で生成される送信信号のチャープレートを制御するレーダ制御部とを備える。これにより、レンジ圧縮処理した受信信号において、ドップラーの影響に応じて発生するレンジ方向のピークシフトを補償し、合成開口レーダ画像内に発生するアジマスアンビギュイティを抑制することができる。

Description

合成開口レーダ装置および信号処理装置

　本発明は、パルス間変調された電波を目標に向けて放射し、目標により反射された電波を受信する合成開口レーダ装置、およびその合成開口レーダ装置で受信した受信信号の画像再生処理を行う信号処理装置に関するものである。

　従来の合成開口レーダ（ＳＡＲ：Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ　Ａｐｅｒｔｕｒｅ　Ｒａｄａｒ）装置および信号処理装置は、バーカーコード等の自己相関符号列にしたがって、パルス信号の送信時に、アップチャープとダウンチャープとを切り替え、所望の観測ポイントで反射した送信パルスとそれ以外の観測ポイントで反射した送信パルスとを区別できるようにすることで、合成開口レーダ装置による観測では不可避なレンジアンビギュイティの抑圧を行っていた（例えば、特許文献１）。

特開２００３－１６７０５２号公報

Ｉ．Ｇ．　Ｃｕｍｍｉｎｇ　ａｎｄ　Ｆ．Ｗ．　Ｗｏｎｇ，　Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｏｆ　Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ　Ａｐｅｒｔｕｒｅ　Ｒａｄａｒ　Ｄａｔａ　Ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ　ａｎｄ　Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ，　Ａｒｔｅｃｈ　Ｈｏｕｓｅ，　２００５．

　従来の合成開口レーダ装置および信号処理装置では、合成開口レーダ観測の信号処理で一般に用いられるストップアンドゴー近似、すなわち、レーダがパルスを送信および受信する間はレーダが静止しているとみなすことを前提に信号処理を行っていた。

　しかしながら、現実の観測においては、パルスを送受信する間もレーダは移動しており、レーダの移動の影響により受信信号の周波数が送信時の周波数から変化する。このような観測中のドップラーにより、合成開口レーダ画像内にアジマスアンビギュイティが発生するという問題点があった。合成開口レーダ画像とは、観測データを画像再生処理して得られる画像である。

　この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、パルス間変調で送信信号のアップチャープとダウンチャープとを切換え、かつ、レーダビームの指向方向を変えながら観測する合成開口レーダ観測において、画像再生後の合成開口レーダ画像に発生するアジマスアンビギュイティを抑制する合成開口レーダ装置および信号処理装置を得ることを目的とする。

　本発明に係る合成開口レーダ装置は、送信信号を放射し、目標で反射された送信信号を受信するアンテナ部と、パルス間変調により送信信号を生成してアンテナ部に送信する送信部と、アンテナ部で受信した送信信号を受信信号として出力する受信部と、アンテナ部から放射されるレーダビームの指向方向に基づいて送信部で生成される送信信号のチャープレートを制御するレーダ制御部とを備える。

　また、本発明に係る信号処理装置は、送信信号を放射し、目標で反射された送信信号を受信するアンテナ部と、パルス間変調により送信信号を生成してアンテナ部に送信する送信部と、アンテナ部で受信した送信信号を受信信号として出力する受信部と、アンテナ部から放射されるレーダビームの指向方向に基づいて送信部で生成される送信信号のチャープレートを制御するレーダ制御部とを備える合成開口レーダ装置の受信信号を処理する信号処理装置であって、受信信号に対応する送信信号のチャープレートおよびレーダビームの指向方向に基づいて、受信信号を受信したときのレーダ移動に伴い発生するレンジ方向のピークシフトを補償する補償部を備える。

　本発明に係る合成開口レーダ装置および信号処理装置によれば、上記のように構成したことにより、画像再生後の合成開口レーダ画像におけるアジマスアンビギュイティの発生を抑制することができる。

レーダと点目標の配置を説明する説明図である。本発明の実施の形態１における合成開口レーダ装置の構成の一例を示すブロック図である。本発明の実施の形態１における合成開口レーダ装置のハードウェア構成の一例を示す図である。本発明の実施の形態１における信号処理装置の構成の一例を示すブロック図である。本発明の実施の形態１における信号処理装置のハードウェア構成の一例を示す図である。本発明の実施の形態１における信号処理装置の処理の流れを示すフローチャートである。観測データのレンジ圧縮後のピーク位置を説明する説明図である。

　実施の形態１．
　本発明は、レーダビームの指向方向に基づいて、送信信号のチャープレートを制御する合成開口レーダ装置、および、この合成開口レーダ装置で受信した受信信号に対し、レーダビームの指向方向と送信信号のチャープレートとに基づいてドップラー補償を行う信号処理装置に関するものである。以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。なお、各図において同一の符号は、同一または相当部分を示す。

　本実施の形態１では、観測中にレーダビームの指向方向を変えるスポットライト観測を例として説明する。図１は、合成開口レーダ装置（単に「レーダ」とも言う）と観測対象である点目標との幾何学的な配置を示す模式図である。図において、合成開口レーダ装置のアジマス方向の速度をＶｓ、ビームステアリング角をθとする。また、合成開口レーダ装置と点目標との距離をＲ、合成開口レーダ装置と点目標との最近接距離をＲ_０とする。また、レーダビームのフットプリントを楕円、アジマス方向と直交する方向を一点鎖線で示す。

　図２は、本発明の実施の形態１における合成開口レーダ装置の構成の一例を示すブロック図である。図３は、本発明の実施の形態１における合成開口レーダ装置のハードウェア構成の一例を示す図である。図４は、本発明の実施の形態１における信号処理装置の構成の一例を示すブロック図である。図５は、本発明の実施の形態１における信号処理装置のハードウェア構成の一例を示す図である。

　まず、図２を参照して、本実施の形態における合成開口レーダ装置の構成について説明する。図において、合成開口レーダ装置１００は、信号を送受信する送受信部１１８、送受信部で受信した信号をデジタル処理する処理部１１９、送受信部１１８および処理部１１９を制御するレーダ制御部１１２、デジタル処理された信号を送信するデータ送信部１１７から構成される。送受信部１１８は、アンテナ部１１１、送信部１１４、受信部１１３から構成される。処理部１１９は、デジタル処理部１１５、データ記録部１１６から構成される。

　アンテナ部１１１は、送信部１１４から供給される送信信号を電波として空間に放射し、空間の電波を受信して受信部１１３に出力する。また、アンテナ部１１１は、観測対象で反射されてアンテナ部１１１に到達する送信信号を受信する。送信部１１４は、送信信号を生成してアンテナ部１１１へ送信する。送信信号は、複数のパルスからなるパルス信号であり、パルスの周波数が時間的に変化するチャープ信号である。送信部１１４は、送信信号のチャープのｕｐとｄｏｗｎ（アップチャープとダウンチャープ）とを切り替えるパルス間変調を行う。パルス間変調は、例えば、特許文献１と同様に、バーカーコード等の自己相関符号列に従ってアップチャープとダウンチャープとを切り替える方法でも良いし、アップチャープとダウンチャープとを交互に切り替える方法でも良い。受信部１１３は、アンテナ部１１１から出力された信号を受け取り、増幅、位相検波した後、受信信号として出力する。

　デジタル処理部１１５は、受信部１１３から出力される受信信号をデジタル化し、デジタル化した受信信号にデータ圧縮処理やパケット化等のデジタル信号処理を施す。データ記録部１１６は、デジタル処理部１１５で処理された受信信号を記憶する。データ送信部１１７は、デジタル処理部１１５で処理された受信信号をデータ記録部１１６から読み出して地上へ伝送する。

　レーダ制御部１１２は、合成開口レーダ装置１００を構成する機器の動作を制御する。具体的には、レーダ制御部１１２は、送受信部１１８と処理部１１９、つまり、アンテナ部１１１と、受信部１１３と、送信部１１４と、デジタル処理部１１５と、データ記録部１１６とを制御する。レーダ制御部１１２の制御により、合成開口レーダ装置１００は、電波の送信、受信、および受信信号を記録する一連の動作を行う。具体的には、レーダ制御部１１２は、アンテナ部１１１を制御してレーダビームの指向方向を変更するとともに、送信部１１４を制御して生成する送信信号のチャープレートを変更する。また、デジタル処理部１１５を制御してデジタル信号処理が施された受信信号をデータ記録部１１６に格納する。詳細なチャープレートの変更方法は後述する。

　この合成開口レーダ装置１００の構成は、衛星に搭載される合成開口レーダ装置を想定した一例であり、必ずしも同じ構成である必要はない。例えば、航空機搭載の合成開口レーダ装置において、受信信号を記録したハードディスクをデータ記録部１１６から取り出すことができるので、データ送信部１１７が省かれることが多い。以降の説明では、観測により得られた受信信号を観測データとも言う。

　次に、図３を参照して、本実施の形態における合成開口レーダ装置１００のハードウェア構成について説明する。合成開口レーダ装置１００は、アンテナ１０１、受信機１０３、送信機１０４、処理回路１０２、記録装置１０６、データ送信機１０７、メモリ１０８といったハードウェアを備える。処理回路１０２は、アンテナ１０１、受信機１０３、送信機１０４、記録装置１０６、メモリ１０８を制御する。

　送信部１１４は、送信機１０４により実現される。アンテナ部１１１は、アンテナ１０１により実現される。受信部１１３は、受信機１０３により実現される。データ送信部１１７は、データ送信機１０７により実現される。

　処理回路（Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｃｉｒｃｕｉｔｒｙ）１０２は、プログラムを読み込んでデジタル信号処理を行う汎用的な中央演算装置（ＣＰＵ：Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ：Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）等である。また、処理回路１０２は、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｐｅｃｉｆｉｃ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｇａｔｅ　Ａｒｒａｙ）等の専用のハードウェアであってもよい。処理回路１０２は、１つのハードウェアで構成してもよいし、複数のハードウェアの組み合わせで構成してもよい。レーダ制御部１１２およびデジタル処理部１１５は、処理回路１０２により実現される。

　記録装置１０６は、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ　Ｄｉｓｃ）、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ　Ｄｉｓｋ　Ｄｒｉｖｅ）、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ　Ｓｔａｔｅ　Ｄｒｉｖｅ）等の記録媒体である。データ記録部１１６は、記録装置１０６により実現される。

　メモリ１０８は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ等の不揮発性または揮発性の半導体メモリであり、処理回路１０２に接続されてデジタル信号を一時的に記録する。なお、レーダ制御部１１２およびデジタル処理部１１５の機能を実現するプログラムは、記録装置１０６またはメモリ１０８に格納される。

　次に、図４を参照して、本実施の形態における信号処理装置の構成について説明する。図において、信号処理装置２００は、ＤＦＴ部２１０、補償部２１１、パルス幅均等化部２１２、ＩＤＦＴ部２１３、画像再生部２１４から構成される。信号処理装置２００は、合成開口レーダ装置１００の観測により得られた観測データを処理する。

　ＤＦＴ部２１０は、観測データのＤＦＴ（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ　Ｆｏｕｒｉｅｒ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）処理、つまり、受信信号のレンジ方向フーリエ変換を行う。補償部２１１は、観測中のレーダの移動に起因するドップラーが観測データに与える影響を補償する。パルス幅均等化部（均等化部とも言う）２１２は、観測データのパルス幅を均等化する。ＩＤＦＴ部２１３は、観測データをＩＤＦＴ（Ｉｎｖｅｒｓｅ　Ｄｉｓｃｒｅｔｅ　Ｆｏｕｒｉｅｒ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）処理する。画像再生部２１４は、観測データに対して画像再生処理を行う。なお、ＤＦＴとＩＤＦＴは、離散信号に対するフーリエ変換と逆フーリエ変換を表す。

　次に、図５を参照して、本実施の形態における信号処理装置２００のハードウェア構成について説明する。信号処理装置２００は、処理回路２０１、メモリ２０２、データ記録装置２０３から構成される。

　処理回路２０１は、プログラムを読み込んでデジタル信号処理を行う汎用的な中央演算装置やデジタル信号プロセッサ等である。処理回路２０１は、１つのハードウェアで構成してもよいし、複数のハードウェアの組み合わせで構成してもよい。ＤＦＴ部２１０、補償部２１１、パルス幅均等化部２１２、ＩＤＦＴ部２１３、画像再生部２１４は処理回路２０１により実現される。

　メモリ２０２は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等の不揮発性または揮発性の半導体メモリであり、処理回路２０１に接続されてデジタル信号を一時的に記録する。

　データ記録装置２０３は、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ＤＶＤ、ＨＤＤ等の記録媒体であり、合成開口レーダ装置１００の観測により得られた観測データおよび処理回路２０１で処理されたデジタル信号を記録する。なお、ＤＦＴ部２１０、補償部２１１、パルス幅均等化部２１２、ＩＤＦＴ部２１３、画像再生部２１４の機能を実現するプログラムは、メモリ２０２またはデータ記録装置２０３に格納される。

　次に、実施の形態１における合成開口レーダ装置１００および信号処理装置２００の動作について、図を用いて説明する。図６は、実施の形態１による合成開口レーダ装置１００および信号処理装置２００の処理の流れを示すフローチャートである。

　まず、ステップＳＴ１００で、合成開口レーダ装置１００による観測が行われる。送受信部１１８は、アップチャープとダウンチャープとを切り替えるとともに、レーダの移動に伴いレーダビームの指向方向を変えながらパルス信号を送信し、点目標の観測を行う。この観測において、レーダ制御部１１２は、レーダビームの指向方向を変えるようにアンテナ部１１１を制御するのに合わせて、生成する送信信号のチャープレートの絶対値を変更するように送信部１１４を制御する。具体的には、レーダ制御部１１２は送信部１１４を制御し、アンテナ部１１１から放射されるレーダビームのビームステアリング角が大きくなるに従って、送信信号のチャープレートが大きくなるようにする。

　ここで、レーダビームの指向方向に応じたチャープレートの制御方法について説明する。以下の説明では、まず、送信信号と受信信号との相関処理からなるレンジ圧縮で得られるピークの位置のシフトについて説明し、その後、ピーク位置のシフトを低減するチャープレートの制御方法について説明する。

　図７は、合成開口レーダ装置と点目標との距離に応じて、レンジ圧縮後に現れるピークの位置が変化する様子を示す模式図である。横軸は、観測データのレンジ圧縮処理により現れるピークの位置であり、レーダと点目標との距離に相当する。縦軸は、アジマス方向における合成開口レーダ装置の位置を示す。図中の白丸は、パルス送受信中のレーダの移動を考慮していない場合のピークの位置、黒丸は、パルス送受信中のレーダの移動を考慮した場合のピークの位置を示す。また、図中の一点鎖線は、合成開口レーダ装置と点目標との間の距離Ｒの軌跡、つまり、距離Ｒの変化に相当する。「ｄｏｗｎ」は、送信信号がダウンチャープ変調されたことを表し、「ｕｐ」は、送信信号がアップチャープ変調されたことを表す。

　観測中にレーダが移動すると、ドップラーの影響により、図中に矢印で示した方向に観測データがシフトする。その結果、レンジ圧縮後のピーク位置が、本来の目標位置を示す白丸の位置から黒丸の位置へシフトする。このシフトは、送信時のチャープレートとドップラー周波数に依存するため、レンジアンビギュイティの抑圧を目的として、パルス送信時にアップチャープとダウンチャープとを切換えると、チャープの符号（アップチャープまたはダウンチャープ）に応じてシフト方向が反転する。また、観測中にレーダビームの指向方向を変える、スポットライト、スライディングスポットライト、ＴＯＰＳ（Ｔｅｒｒａｉｎ　Ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ　ｂｙ　Ｐｒｏｇｒｅｓｓｉｖｅ　Ｓｃａｎｓ）等の観測方式では、観測中のドップラー周波数が大きいため、このシフト量の絶対値が大きくなる。

　合成開口レーダ装置と点目標との間の距離Ｒは、図中に一点鎖線で示すように、Ｒ_０を最小として放物線状の軌跡を描く。ストップアンドゴー近似したときのレンジ圧縮後のピーク位置は、白丸で示すように、放物線状の軌跡上に並ぶ。しかし、パルス送受信時にレーダが移動すると、その影響により、レンジ圧縮後のピーク位置は放物線状の軌跡からレンジ方向にシフトする。チャープの符号を交互に切換える観測では、チャープの符号に応じてシフト方向が反転する。さらに、アジマス方向の位置Ｐ_０を境にドップラー周波数が正から負へ変化することに伴い、シフト方向が反転する。また、シフト量の絶対値は、ドップラー周波数の絶対に比例して大きくなる。

　このシフト量の絶対値は、通常、レンジ方向のサンプリング間隔未満であるが、距離Ｒの軌跡に沿ったアジマス方向の並びにおいては、アジマス方向の振幅変調を発生させる。このアジマス方向の振幅変調により、合成開口レーダ画像内にアジマスアンビギュイティが発生する。しかしながら、本実施の形態１の合成開口レーダ装置は、レーダの指向方向に応じたチャープレートの制御により、レンジ圧縮後のピーク位置のシフトを抑える。その結果、合成開口レーダ画像内に発生するアジマスアンビギュイティを抑制することができる。

　次に、本実施の形態１の合成開口レーダ装置におけるチャープレートの制御方法について説明する。

　アジマス時間（または、スロウタイムとも呼ばれる）ηで送信するパルスのチャープレートをＫ_ｒ［η］とすると、チャープレートの絶対値｜Ｋ_ｒ［η］｜の変更は、式（１）で示す値Ｓが最小値となるように行われる。ただし、チャープレートの絶対値の変更は、ハードウェアの性能、および所望の観測幅や分解能等の観測条件から制約されるパラメータの設定範囲を満足した上で行われる。

　ここで、θ[η]は、アジマス時間ηにおけるビームステアリング角である。なお、チャープレートの絶対値は送信帯域幅を送信パルス幅で割った値である。しかしながら、観測中は、レンジ分解能が一定となるよう送信帯域幅を固定するため、チャープレートの絶対値の変更は、送信パルス幅を変更することで行う。式（１）に従うチャープレートの絶対値の変更は、ビームステアリング角θ［η］が大きい場合にパルス幅を短く（チャープレートを大きく）し、θ［η］が小さい場合にパルス幅を長く（チャープレートを小さく）することに相当する。

　なお、パルス幅を短くすると１パルス当たりの信号電力が低下し、パルス幅を長くすると信号電力が向上する。合成開口レーダ画像の信号電力は、複数パルスの積分で決まることから、チャープレートの絶対値を変更しても信号電力がチャープレートを固定した場合と等価になるようにするには、合成開口時間内でのチャープレートの絶対値の平均が変更前のチャープレートの絶対値と等価になるように設定する。

　次に、レーダ制御部１１２がアジマス時間ηにおけるビームステアリング角に応じてチャープレートの絶対値を変更する理由について説明する。

　パルス送受信中のレーダの移動を考慮した場合のレンジ圧縮後のピークの位置τ_ｐｅａｋ［η］は、式（２）で与えられる。

　ここで、τ_０［η］は、ストップアンドゴー近似したときのアジマス時間ηにおけるレーダと点目標間の電波の往復時間であり、図７中の一点鎖線に相当する。ｆ_０は送信中心周波数、Ｋ_ｒ［η］はアジマス時間ηにおける送信パルスのチャープレート、Ｖ_ｓはレーダの移動速度、θ［η］はアジマス時間ηにおけるビームステアリング角、ｃは光速である。

　式（２）においては、第２項は、パルス送受信時にレーダが移動する影響で発生するピークのシフト量を表す。このシフト量は、式（１）に示す値Ｓに比例し、チャープの符号に応じてその符号が反転する。したがって、Ｓを最小化するように、チャープレートの絶対値を変更することで、パルス送受信時にレーダが移動する影響により発生するピークのシフトを抑えることができる。

　再び、フローチャートを用いた動作の説明に戻る。ステップＳＴ１００において、合成開口レーダ装置１００で受信された受信信号は、デジタル処理部１１５によりデジタル処理されてデータ記録部１１６に格納される。また、データ記録部１１６には、受信信号に対応する送信信号、送信信号のチャープレート、送信信号の送信時のビームステアリング角も記録される。データ送信部１１７は、データ記録部１１６に記録されたデータを読み出して地上へ送信する。

　次に、ステップＳＴ２００で、信号処理装置２００は、データ送信部１１７から送信されるデータを受け取り、データ記録装置２０３に格納する。

　ステップＳＴ２０１で、ＤＦＴ部２１０は、データ記録装置２０３に格納されたデータを読み込み、受信信号をレンジ方向にＤＦＴ処理する。

　ステップＳＴ２０２で、補償部２１１は、レンジ方向にフーリエ変換した受信信号に対し、式（３）で与えられる複素関数を乗算する。式（３）は、アジマス時間に応じたチャープレートおよびレーダビームの指向方向に基づいて生成した複素関数である。これにより、パルス送受信中のレーダ移動に伴い発生するレンジ時間上のピークシフト、つまりレンジ方向のピークシフトを補償する。

　ここで、ｆ_τはレンジ周波数、Ｒ［η］はアジマス時間ηにおけるレーダビームの指向方向を定めるために設定されるレーダビームの指向中心点とレーダとの間の距離を示す。式（３）において、第１項はパルス送受信中のレーダ移動に伴い発生するピークシフトを補償し、第２項は位相変化を補償する。なお、ここではパルス送受信中のレーダ移動に伴うピークシフトを補償するための関数を式（３）で与えたが、これに限るものではなく、同等の機能を有する関数であればよい。

　ステップＳＴ２０３で、パルス幅均等化部２１２は、ピークシフトを補償した後の信号に式（４）で与えられる複素関数を乗じ、レンジ方向のチャープを取り除く。式（４）で与えられる複素関数は、アジマス時間に応じたチャープレートに基づく複素関数である。

　ここで、Ｂ_ｗは送信帯域幅であり、ｒｅｃｔ［ｆ／Ｂ］は式（５）で与えられる矩形関数である。

　なお、ここでは、レンジ方向のチャープを取り除くために、式（４）で与えられる複素関数を用いたが、これに限るものでなく、例えば、レプリカ信号をレンジ方向にフーリエ変換して得られる関数など、同等の機能を有する関数であれば良い。なお、送信信号のレプリカ信号をレンジ方向にフーリエ変換して得られる関数を用いる場合には、ステップＳＴ２０１において、ＤＦＴ部２１０が送信信号のレプリカ信号のレンジ方向フーリエ変換を行ってもよい。

　ステップＳＴ２０４で、パルス幅均等化部２１２は、さらに、レンジ方向のチャープを取り除いた後の信号に式（６）で与えられる複素関数を乗じ、レンジ方向の固定したチャープを付加する。

　ここで、Ｋ_{ｒ、ｕｎｉ}は予め定めたチャープレートである。この関数の乗算により、アジマス時間ηに応じて変化していたパルス幅が、一定の値（Ｂ_ｗ／Ｋ_{ｒ、ｕｎｉ}）に変更される。なお、ここでは、レンジ方向のチャープを付加するために、式（６）で与えられる複素関数を用いたが、これに限るものでなく、同等の機能を有する関数であれば良い。

　ステップＳＴ２０５で、ＩＤＦＴ部２１３は、レンジ方向のチャープを付加した信号をレンジ方向にＩＤＦＴ処理する。ＩＤＦＴ処理した信号は、固定したチャープレートで観測した場合と同等の信号となる。

　ステップＳＴ２０６で、画像再生部２０４は、ＩＤＦＴ処理した信号に対して画像再生処理を行う。この画像再生処理は、例えば、非特許文献１に示されるような、レンジドップラーアルゴリズム、チャープスケーリングアルゴリズム、オメガＫアルゴリズム等の、一般的な画像再生アルゴリズムを用いてもよい。

　ステップＳＴ２０７で、画像再生部２０４が画像再生処理の結果得られた合成開口レーダ画像をデータ記録装置２０３に格納すると、一連の処理は終了する。

　以上のように、本実施の形態１の合成開口レーダ装置１００は、送信信号を放射し、目標で反射された送信信号を受信するアンテナ部１１１と、パルス間変調により送信信号を生成してアンテナ部１１１に送信する送信部１１４と、アンテナ部１１１で受信した送信信号を受信信号として出力する受信部１１３と、アンテナ部１１１から放射されるレーダビームの指向方向に基づいて送信部１１４で生成される送信信号のチャープレートを制御するレーダ制御部１１２とを備える。このような構成により、合成開口レーダ装置１００は、観測時にビームステアリング角に応じてチャープレートを変更するので、パルス送受信中のレーダ移動により発生するレンジ圧縮後のピークシフトを抑えることができる。その結果、ピークシフトの発生に伴う振幅変調の発生を防ぎ、アジマスアンビギュイティを発生させることなく合成開口レーダ画像を再生することができる。

　また、本実施の形態１の信号処理装置２００は、合成開口レーダ装置１００で受信した受信信号を処理する装置であって、受信信号に対応する送信信号のチャープレートおよびレーダビームの指向方向に基づいて、受信信号を受信したときのレーダ移動に伴い発生するレンジ方向のピークシフトを補償する補償部２１１を備える。補償部２１１は、レンジ周波数空間における複素関数の乗算により、パルス送受信中のレーダ移動で生じるレンジ圧縮後のピークシフトの補償処理を行うので、演算負荷を増やすことなくアジマスアンビギュイティの発生を防ぐことができる。さらに、合成開口レーダ装置１００における、ビームステアリング角に応じたチャープレートの変更でピークシフトが完全に抑制できない場合であっても、送信信号のチャープレートおよびレーダビームの指向方向に基づく補償処理により、残りのピークシフトを補償することができる。

　また、本実施の形態１の信号処理装置２００によると、レンジ周波数空間の複素関数の乗算だけで観測データのチャープレートを固定値、つまりパルス幅を固定値に揃え、観測データを一般的なチャープレートを固定した観測で得られるものと同等の観測データにする。これにより、画像再生アルゴリズムに一切の変更を必要とせず、既存の画像再生処理をそのまま使うことができる。

　さらに、本実施の形態１の信号処理装置２００によると、アジマス時間毎にパルス受信中のレーダ移動によるレンジ圧縮後のピークシフトを補償するので、パルス間変調によるアジマス時間毎の任意のレンジチャープレート切換えに対処することができる。

　１００　合成開口レーダ装置、１０１　アンテナ、１０２　処理回路、１０３　受信機、１０４　送信機、１０６　記録装置、１０７　データ送信機、１０８　メモリ、１１１　アンテナ部、１１２　レーダ制御部、１１３　受信部、１１４　送信部、１１５　デジタル処理部、１１６　データ記録部、１１７　データ送信部、１１８　送受信部、１１９　処理部、２００　信号処理装置、２０１　処理回路、２０２　メモリ、２０３　データ記録装置、２１０　ＤＦＴ部、２１１　補償部、２１２　パルス幅均等化部、２１３　ＩＤＦＴ部、２１４　画像再生部。

Claims

　送信信号を放射し、目標で反射された前記送信信号を受信するアンテナ部と、
　パルス間変調により前記送信信号を生成して前記アンテナ部に送信する送信部と、
　前記アンテナ部で受信した前記送信信号を受信信号として出力する受信部と、
　前記アンテナ部から放射されるレーダビームの指向方向に基づいて前記送信部で生成される前記送信信号のチャープレートを制御するレーダ制御部とを備える合成開口レーダ装置。
　前記レーダ制御部は、前記アンテナ部から放射されるレーダビームのビームステアリング角が大きくなるに従って前記送信信号のチャープレートが大きくなるよう制御することを特徴とする請求項１に記載の合成開口レーダ装置。
　請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の合成開口レーダ装置の受信信号を処理する信号処理装置であって、
　前記受信信号に対応する送信信号のチャープレートおよびレーダビームの指向方向に基づいて、前記受信信号を受信したときのレーダ移動に伴い発生するレンジ方向のピークシフトを補償する補償部を備える信号処理装置。
　前記補償部は、レンジ方向にフーリエ変換した前記受信信号に対し、アジマス時間に応じた前記チャープレートおよび前記レーダビームの指向方向に基づいて生成した複素関数を乗算してレンジ方向のピークシフトを補償することを特徴とする請求項３に記載の信号処理装置。
　前記補償部で補償された前記受信信号のレンジ方向のチャープを均等化する均等化部を備えることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の信号処理装置。
　前記均等化部は、前記補償部で補償された前記受信信号に対し、アジマス時間に応じた前記チャープレートに基づいて生成した複素関数を乗算してレンジ方向のチャープを取り除くとともに、固定したチャープを付加することを特徴とする請求項５に記載の信号処理装置。