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JP3290845B2 - Radar image processing device - Google Patents
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JP3290845B2 - Radar image processing device - Google Patents

Radar image processing device

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JP3290845B2
JP3290845B2 JP07487395A JP7487395A JP3290845B2 JP 3290845 B2 JP3290845 B2 JP 3290845B2 JP 07487395 A JP07487395 A JP 07487395A JP 7487395 A JP7487395 A JP 7487395A JP 3290845 B2 JP3290845 B2 JP 3290845B2
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radar
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image cell
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、レーダ目標からのレ
ーダエコーから目標形状を反映したレーダイメージを作
成するレーダイメージ処理装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a radar image processing apparatus for creating a radar image reflecting a target shape from a radar echo from a radar target.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のレーダイメージ処理装置にあって
は、レーダ目標からのレーダエコーからレンジ−ドプラ
平面上の2次元形状情報を得るという、ハードウェア化
の容易な処理方法を用いるのが主流であった。
2. Description of the Related Art A conventional radar image processing apparatus mainly uses a processing method which is easy to implement in hardware, that is, obtains two-dimensional shape information on a range-Doppler plane from a radar echo from a radar target. Met.

【0003】これに対して、目標の3次元形状情報を得
る処理方法としては、先のレンジ−ドプラ平面上のレー
ダイメージを得る処理とは全く異なるものとして、「DA
LE A.AUSHERMAN, ADAM KOZMA, et al. Developments in
Radar Imaging, IEEE Transaction on Aerospace and
Electronic Systems, AES-20(Jul 1984), 363-400 」に
述べられている手法がある。
On the other hand, as a processing method for obtaining target three-dimensional shape information, “DA” is completely different from the processing for obtaining a radar image on the range-Doppler plane.
LE A. AUSHERMAN, ADAM KOZMA, et al. Developments in
Radar Imaging, IEEE Transaction on Aerospace and
Electronic Systems, AES-20 (Jul 1984), 363-400 ".

【0004】しかしながら、上記文献による手法では、
レーダ目標から見たときのレーダのアスペクト方向につ
いて様々なデータを収集する必要があり、目標の運動に
強く制限される。このため、長時間のデータの収集が必
要であり、かつ様々なアスペクト方向を収集可能な運動
をする目標以外には適用が困難であった。
[0004] However, in the method according to the above-mentioned literature,
It is necessary to collect various data on the aspect direction of the radar as viewed from the radar target, which is strongly limited to the movement of the target. For this reason, it is necessary to collect data for a long time, and it is difficult to apply the method to a target other than a target that performs a motion capable of collecting various aspect directions.

【0005】このことから、実際の運用では3次元レー
ダイメージを得ることは極めて困難であり、従来よりレ
ンジ−ドプラ平面上のレーダイメージから3次元形状に
ついての情報を取得する手法が求められている。
For this reason, it is extremely difficult to obtain a three-dimensional radar image in actual operation, and a technique for obtaining information on a three-dimensional shape from a radar image on a range-Doppler plane has been conventionally required. .

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、従
来よりレンジ−ドプラ平面上のレーダイメージから3次
元形状についての情報を取得する手法が求められてい
る。この発明は上記の課題を解決するためになされたも
ので、レーダ目標から見たときのレーダの様々なアスペ
クト方向のデータを収集することなく、技術の確立して
いるレンジ−ドプラ平面上に得られるレーダイメージを
用いて、目標の3次元形状情報が得られるレーダイメー
ジ処理装置を提供することを目的とする。
As described above, there has been a demand for a technique for acquiring information on a three-dimensional shape from a radar image on a range-Doppler plane. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problem, and it is not necessary to collect data in various aspect directions of a radar when viewed from a radar target. It is an object of the present invention to provide a radar image processing apparatus capable of obtaining target three-dimensional shape information using a radar image obtained.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
にこの発明に係るレーダイメージ処理装置は、レーダエ
コーから作成されるレンジ−ドプラ平面からなる2次元
レーダイメージを指定された大きさの領域に分割し、目
標の部分を含む各領域内で最大振幅を持つ画像セルを領
域毎に選択する画像セル選択手段と、この手段で選択さ
れた各画像セルについて、1単位時間前のレーダイメー
ジに対して選択されていた画像セルの点を中心とする領
域内で、振幅最大となる画像セルの点を新たな選択画像
セルとしてその位置と複素数値を出力する画像セル追尾
手段と、選択された画像セル点列の複素数値の位相を算
出し、位相の時間に対する2階微分を算出し、その算出
結果を加速度に変換し出力する画像セル加速度算出手段
と、前記2次元レーダイメージ、加速度を入力し、前記
画像セル追尾点のレンジ−ドプラ平面上の2次元の位置
(レンジ、ドプラ周波数)に加速度を加えた3次元量
(レンジ、ドプラ周波数、加速度)と前記画像セル追尾
点の強度を合わせて、(レンジ位置、ドプラ周波数、加
速度、強度)の量を前記画像セル追尾点の3次元レーダ
イメージとして出力する3次元レーダイメージ作成手段
と、前記3次元レーダイメージの(レンジ位置、ドプラ
周波数、加速度)を座標点とみなし、レンジ軸、ドプラ
軸、加速度軸で表される直交3次元座標系上にその強度
を示す点を表示する3次元レーダイメージ表示手段とを
具備するように構成したものである。
In order to achieve the above object, a radar image processing apparatus according to the present invention provides a two-dimensional radar image consisting of a range-Doppler plane created from radar echoes in an area of a designated size. Image cell selecting means for selecting, for each area, an image cell having the maximum amplitude in each area including the target portion, and for each image cell selected by this means, a radar image one unit time before An image cell tracking unit that outputs a position and a complex value of the point of the image cell having the maximum amplitude as a new selected image cell within an area around the point of the image cell that has been selected, Image cell acceleration calculating means for calculating the phase of the complex value of the image cell point sequence, calculating the second derivative of the phase with respect to time, converting the calculation result into acceleration, and outputting the acceleration; A three-dimensional quantity (range, Doppler frequency, acceleration) obtained by inputting an image and acceleration, and adding an acceleration to a two-dimensional position (range, Doppler frequency) on the range-Doppler plane of the image cell tracking point and the image cell A three-dimensional radar image creating unit that outputs the amount of (range position, Doppler frequency, acceleration, intensity) as the three-dimensional radar image of the image cell tracking point by adjusting the intensity of the tracking point; 3D radar image display means which regards a range position, Doppler frequency, acceleration) as a coordinate point and displays a point indicating its intensity on an orthogonal three-dimensional coordinate system represented by a range axis, a Doppler axis, and an acceleration axis. It is configured so that

【0008】[0008]

【作用】上記構成によるレーダイメージ処理装置では、
2次元レーダイメージを指定された大きさの領域に分割
し、目標の部分を含む各領域内で最大振幅を持つ画像セ
ルを領域毎に選択し、この選択された各画像セルについ
て、1単位時間前のレーダイメージに対して選択されて
いた画像セルの点を中心とする領域内で、振幅最大とな
る画像セルの点を新たな選択画像セルとしてその位置と
複素数値を求め、選択された画像セル点列の複素数値の
位相を算出し、位相の時間に対する2階微分を算出し、
その算出結果を加速度に変換し、2次元レーダイメー
ジ、加速度から、画像セル追尾点のレンジ−ドプラ平面
上の2次元の位置(レンジ、ドプラ周波数)に加速度を
加えた3次元量(レンジ、ドプラ周波数、加速度)と画
像セル追尾点の強度を合わせることで、(レンジ位置、
ドプラ周波数及び加速度、強度)の量を画像セル追尾点
の3次元レーダイメージとして作成し、この3次元レー
ダイメージの(レンジ位置、ドプラ周波数、加速度)を
座標点とみなし、レンジ軸、ドプラ軸、加速度軸で表さ
れる3次元座標系上にその強度を示す点を表示するよう
にしている。
In the radar image processing apparatus having the above configuration,
The two-dimensional radar image is divided into regions of a designated size, and an image cell having a maximum amplitude in each region including a target portion is selected for each region. For each of the selected image cells, one unit time In the area centered on the image cell point selected for the previous radar image, the position of the image cell having the largest amplitude is determined as a new selected image cell, and its position and complex value are obtained. Calculate the phase of the complex value of the cell point sequence, calculate the second derivative of the phase with respect to time,
The calculation result is converted into acceleration, and a three-dimensional amount (range, Doppler frequency) obtained by applying acceleration to a two-dimensional position (range, Doppler frequency) on the range-Doppler plane of the image cell tracking point from the two-dimensional radar image and acceleration. (Frequency, acceleration) and the intensity of the image cell tracking point
Doppler frequency, acceleration, and intensity) are created as a three-dimensional radar image of the image cell tracking point, and the (range position, Doppler frequency, acceleration) of the three-dimensional radar image is regarded as a coordinate point, and a range axis, a Doppler axis, A point indicating the intensity is displayed on a three-dimensional coordinate system represented by an acceleration axis.

【0009】[0009]

【実施例】以下、図面を参照してこの発明の一実施例を
詳細に説明する。図1はこの発明に係るレーダイメージ
処理装置の構成を示すもので、2次元レーダイメージ作
成装置11はレーダ受信機(図示せず)からのレーダエ
コーを順次入力してレンジ−ドプラ平面上の2次元レー
ダイメージを一定時間毎に連続に作成する。ここで作成
されるレーダイメージは各画像セル毎に位相と振幅から
なる複素数値を持つ。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows the configuration of a radar image processing apparatus according to the present invention. A two-dimensional radar image generating apparatus 11 sequentially receives radar echoes from a radar receiver (not shown) and outputs the echoes on a range-Doppler plane. A dimensional radar image is created continuously at regular intervals. The radar image created here has a complex value consisting of phase and amplitude for each image cell.

【0010】上記2次元レーダイメージ作成装置11に
は従来装置をそのまま利用できる。この装置11で作成
されたレーダイメージは画像セル選択装置12、画像セ
ル追尾装置13、画像セル加速度算出装置14に送られ
る。
As the two-dimensional radar image creating device 11, a conventional device can be used as it is. The radar image created by the device 11 is sent to an image cell selection device 12, an image cell tracking device 13, and an image cell acceleration calculation device 14.

【0011】画像セル選択装置12は、入力レーダイメ
ージから以降の処理に用いるための画像セルを順次選択
して、そのレンジ−ドプラ平面上の位置と複素数値の組
を画像セル追尾装置13へ出力する。
The image cell selecting device 12 sequentially selects image cells to be used for the subsequent processing from the input radar image, and outputs a set of the position on the range-Doppler plane and a complex value to the image cell tracking device 13. I do.

【0012】画像セル追尾装置13は、画像セル選択装
置12からのレンジ−ドプラ平面上の位置と複素数値の
組を基に、1単位時間前の入力レーダイメージに対して
選択されていた各々の画像セルから目標各部の画像セル
を抽出し、その目標各部の画像セルをまたがる移動を追
尾して対象とする目標部位を含む画像セルを選択し、画
像セル加速度算出装置14及び3次元レーダイメージ作
成装置15へ出力する。
The image cell tracking device 13 selects each of the input radar images selected one unit time ago based on the set of the position on the range-Doppler plane and the complex value from the image cell selection device 12. The image cell of each target part is extracted from the image cell, the movement over the image cell of the target part is tracked, and the image cell including the target part to be targeted is selected. The image cell acceleration calculation device 14 and the three-dimensional radar image creation Output to the device 15.

【0013】画像セル加速度算出装置14は、画像セル
追尾装置13からの選択画像セル毎にその複素数値の位
相を算出し、各選択画像セル毎に位相の時間に対する2
階微分を算出し、その算出結果を加速度に変換して3次
元レーダイメージ作成装置15へ出力する。
The image cell acceleration calculating device 14 calculates the phase of the complex value of each selected image cell from the image cell tracking device 13, and calculates the phase of the phase for each selected image cell.
The differential is calculated, the calculation result is converted into acceleration, and the acceleration is output to the three-dimensional radar image creation device 15.

【0014】3次元レーダイメージ作成装置15は、2
次元レーダイメージ作成装置11からの1つのレーダイ
メージと、画像追尾装置13からの選択画像セルと画像
セル加速度算出装置14からの加速度とから3次元レー
ダイメージを作成し、3次元レーダイメージ表示装置1
6へ出力する。
The three-dimensional radar image creating device 15 has two
A three-dimensional radar image is created from one radar image from the three-dimensional radar image creation device 11, the selected image cell from the image tracking device 13, and the acceleration from the image cell acceleration calculation device 14, and the three-dimensional radar image display device 1
Output to 6.

【0015】3次元レーダイメージ表示装置16は、入
力3次元レーダイメージを直交座標系または斜行座標系
上に表示し、さらに必要に応じてオペレータの指示によ
り座標系のスケールファクターの変更または回転を行
う。
The three-dimensional radar image display device 16 displays the input three-dimensional radar image on a rectangular coordinate system or a skew coordinate system, and changes or rotates the scale factor of the coordinate system according to an instruction from an operator as needed. Do.

【0016】上記構成において、以下、図2乃至図6を
参照してその処理手順について説明する。まず、2次元
レーダイメージ作成装置11では、レーダ目標からのレ
ーダエコーから、レンジ−ドプラ平面上のレーダイメー
ジを一定時間毎に連続的に作成する。ここで作成される
レーダイメージは各画像セル毎に位相と振幅からなる複
素数値を持つ。
The processing procedure of the above configuration will be described below with reference to FIGS. First, the two-dimensional radar image creation device 11 continuously creates a radar image on a range-Doppler plane at regular time intervals from radar echoes from radar targets. The radar image created here has a complex value consisting of phase and amplitude for each image cell.

【0017】画像セル選択装置12では、入力された2
次元レーダイメージを図2に示すように指定された大き
さの領域に分割し、例えば、画像セルの振幅に対して事
前に設定された閾値を越えるものを目標の部位を含む画
像セルとして検出し、その目標の部分を含む各領域内で
最大振幅を持つ画像セルを領域毎に選択する。尚、例え
ば表示装置の画面上に2次元レーダイメージを表示し、
オペレータの指示に応じて画像セルを選択するようにし
てもよい。
In the image cell selecting device 12, the input 2
The dimensional radar image is divided into regions of a designated size as shown in FIG. 2, and for example, an image that exceeds a preset threshold for the amplitude of the image cell is detected as an image cell including a target part. The image cell having the largest amplitude in each region including the target portion is selected for each region. For example, a two-dimensional radar image is displayed on a screen of a display device,
An image cell may be selected according to an instruction of the operator.

【0018】このようにして選択された画像セルは、レ
ンジ−ドプラ平面上の位置と複素数値の組と、それの属
する領域の位置で表されている。画像セル選択装置12
は1度の処理に対して開始時に一度だけ使用される。
The image cell selected in this manner is represented by a set of a position on the range-Doppler plane, a complex value, and a position of an area to which the set belongs. Image cell selection device 12
Is used only once at the start for one processing.

【0019】続いて、図2に示す領域A1に対して点P
1が選択された場合を例にとって、図3を参照しながら
説明する。画像セル追尾装置13では、1単位時間前の
レーダイメージに対して選択されていた画像セルの点P
1を中心とする領域A2内で、振幅最大となる画像セル
の点P2を新たな選択画像セルとしてその位置と複素数
値を出力する。またはオペレータが目標の回転運動を入
力するか、または本構成に含まれない装置からの目標の
回転運動情報を用いることで、新たな選択画像セルを出
力してもよい。
Subsequently, a point P with respect to the area A1 shown in FIG.
An example in which 1 is selected will be described with reference to FIG. In the image cell tracking device 13, the point P of the image cell selected for the radar image one unit time ago is selected.
In the area A2 centered at 1, the position and the complex value of the point P2 of the image cell having the maximum amplitude are output as a new selected image cell. Alternatively, a new selected image cell may be output by an operator inputting a target rotational motion or using target rotational motion information from a device not included in the present configuration.

【0020】この処理を一定時間毎のレーダイメージそ
れぞれについて行い、選択画像セル列(P1,P2,P
3,…)を得る。画像セル加速度算出装置14では、選
択された画像セル点列の複素数値の位相を算出し、位相
の時間に対する2階微分を算出し、それを加速度に変換
し出力する。例えば、先の選択画像セル列について位相
をそれぞれ算出し、位相列(PH1,PH2,PH3,
…)を得る。
This processing is performed for each of the radar images at fixed time intervals, and the selected image cell rows (P1, P2, P
3, ...). The image cell acceleration calculation device 14 calculates the phase of the complex value of the selected image cell point sequence, calculates the second derivative of the phase with respect to time, converts it into acceleration, and outputs it. For example, the phase is calculated for each of the previously selected image cell rows, and the phase row (PH1, PH2, PH3,
…).

【0021】次に、隣り合った位相の引き算、例えば
(位相PH2−位相PH1)を行い、位相差列(PH2
−PH1,PH3−PH2,PH4−PH3,…)を得
る。この位相差列の各項をY、各々の時間をXとして、
例えば最小自乗法により位相差の時間に対する傾きを求
める(図4参照)。この傾きを以下の式により加速度に
変換する。
Next, subtraction of adjacent phases, for example, (phase PH2-phase PH1) is performed, and a phase difference sequence (PH2
-PH1, PH3-PH2, PH4-PH3, ...). Assuming that each term of this phase difference sequence is Y and each time is X,
For example, the gradient of the phase difference with respect to time is obtained by the least square method (see FIG. 4). This inclination is converted into acceleration by the following equation.

【0022】 加速度=傾き/(2π)・λ/2・1/Δt2 [m/s**2] 尚、Δtはレーダイメージが作成された時間間隔、λは
レーダの送信波長を表す。
Acceleration = inclination / (2π) · λ / 2 · 1 / Δt 2 [m / s ** 2] Here, Δt represents a time interval at which a radar image is created, and λ represents a radar transmission wavelength.

【0023】3次元レーダイメージ作成装置15は一つ
のレーダイメージ、例えば処理開始時のレーダイメー
ジ、と加速度を入力とし、点P1のレンジ−ドプラ平面
上の2次元の位置(レンジ、ドプラ周波数)に加速度を
加えた3次元量(レンジ、ドプラ周波数、加速度)と点
P1の強度を合わせて、(点P1のレンジ位置、点P1
のドプラ周波数、加速度、点P1の強度)の量を点P1
の3次元レーダイメージとして出力する。
The three-dimensional radar image creating device 15 receives one radar image, for example, a radar image at the start of processing, and acceleration as inputs, and moves the point P1 to a two-dimensional position (range, Doppler frequency) on the range-Doppler plane. The three-dimensional amount (range, Doppler frequency, acceleration) to which the acceleration is applied and the intensity of the point P1 are combined to obtain (the range position of the point P1, the point P1).
Doppler frequency, acceleration, intensity of point P1)
As a three-dimensional radar image.

【0024】以上の処理を図2の各領域全てについて行
い、各領域における選択された画像セルの3次元レーダ
イメージを得る。この様子を図5及び図6を参照しなが
ら説明する。
The above processing is performed for all the regions in FIG. 2 to obtain a three-dimensional radar image of the selected image cell in each region. This situation will be described with reference to FIGS.

【0025】3次元レーダイメージ表示装置16は3次
元レーダイメージの(レンジ位置、ドプラ周波数、加速
度)を座標点とみなし、レンジ軸、ドプラ軸、加速度軸
で表される直交3次元座標系上にその強度を示す点、例
えば強度に応じて異なる色の点、を表示する。また、オ
ペレータの指示により3次元斜行座標系を用いた表示、
座標系の回転、各軸のスケールファクタの変更を行って
もよい。
The three-dimensional radar image display device 16 regards the (range position, Doppler frequency, acceleration) of the three-dimensional radar image as a coordinate point, and displays it on an orthogonal three-dimensional coordinate system represented by a range axis, a Doppler axis, and an acceleration axis. Points indicating the intensity, for example, points of different colors depending on the intensity, are displayed. In addition, a display using a three-dimensional skewed coordinate system according to an instruction of an operator,
The rotation of the coordinate system and the change of the scale factor of each axis may be performed.

【0026】また、さらに別の処理装置によりドプラ周
波数[Hz]→距離[m]、または加速度[m/s**2
]→距離単位[m]を単位とする直交3次元座標系へ
表示してもよい。
Further, the Doppler frequency [Hz] → distance [m] or acceleration [m / s ** 2
] → It may be displayed on an orthogonal three-dimensional coordinate system using the distance unit [m] as a unit.

【0027】ここで、目標と共に一定の角速度ベクトル
ω_(下線はベクトルを表す)で回転する目標に固定の
3次元座標系Σ(X,Y,Z)を考える。但し、説明を
簡単にするため、レーダの視線方向がY軸に一致し、角
速度ベクトルω_はY−Z平面に含まれるものとする。
この仮定は一般性を失わせるものではない。
Here, a three-dimensional coordinate system Σ (X, Y, Z) fixed to a target rotating at a constant angular velocity vector ω_ (an underline represents a vector) together with the target is considered. However, for the sake of simplicity, it is assumed that the line of sight of the radar coincides with the Y axis and the angular velocity vector ω_ is included in the YZ plane.
This assumption does not lose generality.

【0028】この条件の元に、レーダによって観測可能
な数値である(R′,dR/dt,d2 R/dt2 )と
目標の3次元形状の関係を示すために、図5に示す座標
系上で、例えば一方の翼端r_の速度ベクトルv_は以
下のように表される。
Under these conditions, coordinates (R ', dR / dt, d 2 R / dt 2 ), which are observable by radar, and the coordinates shown in FIG. In the system, for example, a velocity vector v_ of one wing tip r_ is expressed as follows.

【0029】[0029]

【数1】 また、回転による加速度ベクトルa_は以下のように表
される。
(Equation 1) Further, an acceleration vector a_ due to rotation is expressed as follows.

【0030】[0030]

【数2】 レーダから観測可能である目標までの距離Rの時間に関
する一階微分dR/dtは、距離R>>|r_|として、
レーダの視線方向への速度ベクトルv_の射影成分に一
致することから、以下のように表される。
(Equation 2) The first derivative dR / dt with respect to the time of the distance R from the radar to the observable target is expressed as a distance R >> | r_ |
Since it matches the projection component of the velocity vector v_ in the line of sight of the radar, it is expressed as follows.

【0031】[0031]

【数3】 先の速度ベクトルv_を用いてこれを変形して以下の式
を得る。
(Equation 3) This is modified using the above velocity vector v_ to obtain the following equation.

【0032】[0032]

【数4】 これは従来の2次元レーダイメージのドプラ軸成分であ
る。また、同様に距離Rの時間に関する2階微分d2
/dt2 は以下のように表される。
(Equation 4) This is the Doppler axis component of a conventional two-dimensional radar image. Similarly, the second derivative d 2 R with respect to the time of the distance R
/ Dt 2 is expressed as follows.

【0033】[0033]

【数5】 また、距離Rは以下のように表される。(Equation 5) Further, the distance R is expressed as follows.

【0034】[0034]

【数6】 これは従来の2次元レーダイメージのレンジ軸成分であ
る。目標形状を反映するものはr_であるので、以下で
はこの上式の第2項について考える。
(Equation 6) This is the range axis component of a conventional two-dimensional radar image. Since r_ reflects the target shape, the second term of the above equation will be considered below.

【0035】[0035]

【数7】 ここで、定義として以下の2つのベクトルを考える。(Equation 7) Here, the following two vectors are considered as definitions.

【0036】[0036]

【数8】 式(1)〜(3)から、このey _,γ_,ζ_の3つ
のベクトルが一次独立であるなら、r_はこの3つのベ
クトルは基底ベクトルとする3次元空間上の点(R′,
dR/dt,d2 R/dt2 )として表現される。
(Equation 8) From equations (1) to (3), if the three vectors ey_, γ_, and ζ_ are linearly independent, r_ is a point (R ′,
dR / dt, d 2 R / dt 2 ).

【0037】ここで、図5に示すように、γ_は3次元
座標系Σ(X,Y,Z)のX軸に平行であり、図で示す
ように回転角速度ベクトルω_がZ軸に平行でない限り
ζ_はZ軸方向の成分を含む。これは、従来のレンジ−
ドプラ平面上のレーダイメージを求める際に、回転角速
度ベクトルω_がレンジ軸、すなわちY軸に平行な時に
ドプラ方向の情報が失われることと同様の条件である。
つまり、ωがY軸及びZ軸に平行でなければ、3次元座
標系Σ(X,Y,Z)は斜行座標系Σ′(γ,Y,ζ)
への変換が可能であり、座標変換された斜行座標系Σ′
上の点が点(R′,dR/dt,d2 R/dt2 )とし
てレーダにより観測される。
Here, as shown in FIG. 5, γ_ is parallel to the X axis of the three-dimensional coordinate system Σ (X, Y, Z), and as shown in the figure, the rotational angular velocity vector ω_ is not parallel to the Z axis. As far as possible, ζ_ includes a component in the Z-axis direction. This is the traditional range
When the radar image on the Doppler plane is obtained, the same conditions as in the case where information on the Doppler direction is lost when the rotational angular velocity vector ω_ is parallel to the range axis, that is, the Y axis.
That is, if ω is not parallel to the Y axis and the Z axis, the three-dimensional coordinate system Σ (X, Y, Z) becomes the skewed coordinate system Σ ′ (γ, Y, ζ).
Skewed coordinate system Σ '
A point above the point (R ', dR / dt, d 2 R / dt 2) is observed by the radar as.

【0038】したがって、レーダで観測可能な量からな
る点(R′,dR/dt,d2 R/dt2 )を用いるこ
とで、3次元座標系Σ(X,Y,Z)の各軸についての
情報を、例えば各軸毎の各点の相対比を求める(図6
(b)参照)、または外部より回転角速度ベクトルω_
について情報を与えることで上記の座標変換の逆変換を
求めて、斜行座標系Σ′上の点を3次元座標系Σ上の点
へ変換することにより得ることができる。この逆変換を
求める手法は周知技術であるので、ここではその説明を
省略する。
Therefore, by using the points (R ′, dR / dt, d 2 R / dt 2 ) consisting of the amounts observable by the radar, each axis of the three-dimensional coordinate system Σ (X, Y, Z) is obtained. Is obtained, for example, by calculating the relative ratio of each point for each axis (FIG. 6).
(B)), or the rotational angular velocity vector ω_
, The inverse transformation of the above coordinate transformation is obtained, and a point on the oblique coordinate system Σ ′ is transformed into a point on the three-dimensional coordinate system Σ. Since the technique for obtaining the inverse transform is a well-known technique, its description is omitted here.

【0039】これに対し、通常のレンジ−ドプラ平面上
に得られるレーダイメージは、上記の(R,dR/d
t)の成分からなるイメージであるため、目標形状のX
−Y平面への射影成分であり、Z軸方向の情報は失われ
ている(図6(a)参照)。
On the other hand, the radar image obtained on a normal range-Doppler plane is the above (R, dR / d
Since the image is composed of the components of t), the target shape X
-A projection component onto the Y plane, and information in the Z-axis direction has been lost (see FIG. 6A).

【0040】また、通常のレンジ−ドプラ平面上に得ら
れるレーダイメージ上の目標の任意の部分を3次元化で
きるため、レーダ目標から見たレーダの様々なアスペク
ト方向のデータを収集する必要がない。
Since an arbitrary portion of a target on a radar image obtained on a normal range-Doppler plane can be made three-dimensional, there is no need to collect data in various aspects of the radar viewed from the radar target. .

【0041】以下、図1を参照しながら上記の処理動作
を説明する。画像セル選択装置12で選択された画像セ
ルに含まれる目標の各部位は、画像セル追尾装置13に
よりレーダイメージ間での画像セルをまたがる移動を補
正されながら、画像セル加速度算出装置14によりd2
R/dt2 を画像セルの位相を用いて算出し、これと画
像セル選択装置12で選択された各画像セルの位置
(R′,dR/dt)と合わせて3次元座標系上の点
(R′,dR/dt,d2 R/dt2 )の集合を得る。
Hereinafter, the processing operation will be described with reference to FIG. Each target portion included in the image cell selected by the image cell selecting device 12 is corrected by the image cell acceleration calculating device 14 for d 2 while the image cell tracking device 13 corrects the movement across the image cells between radar images.
R / dt 2 is calculated using the phase of the image cell, and this is combined with the position (R ′, dR / dt) of each image cell selected by the image cell selection device 12 to obtain a point ( R ′, dR / dt, d 2 R / dt 2 ).

【0042】3次元レーダイメージ表示装置16では得
られた点(R′,dR/dt,d2R/dt2 )の集合
を(ey _,γ_,ζ_)を基底ベクトルとする3次元
座標系ο(ey _,γ_,ζ_)に表示する。表示の際
に(ey _,γ_,ζ_)を直交または一次独立の3つ
の単位ベクトルで置き換えてもよい。または、外部より
回転角速度ベクトルω_について情報を与えることで点
(R′,dR/dt,d2 R/dt2 )の集合を3次元
座標系Σ(X,Y,Z)上の点へ変換後、表示してもよ
い。
The three-dimensional radar image display device 16 uses a set of obtained points (R ', dR / dt, d 2 R / dt 2 ) in a three-dimensional coordinate system using (ey_, γ_, ζ_) as base vectors. ο (ey _, γ_, ζ_). At the time of display, (ey_, γ_, ζ_) may be replaced with three orthogonal or linearly independent unit vectors. Alternatively, a set of points (R ′, dR / dt, d 2 R / dt 2 ) is converted into a point on the three-dimensional coordinate system Σ (X, Y, Z) by giving information about the rotational angular velocity vector ω_ from outside. Later, it may be displayed.

【0043】以上述べたように、この実施例の構成によ
れば、レーダ目標から見たときのレーダの様々なアスペ
クト方向のデータを収集することなく、技術の確立して
いるレンジ−ドプラ平面上に得られるレーダイメージか
ら目標の3次元形状情報を得ることができる。
As described above, according to the configuration of this embodiment, the data on the range-Doppler plane for which the technology has been established can be obtained without collecting data in various aspects of the radar when viewed from the radar target. The three-dimensional shape information of the target can be obtained from the radar image obtained in step (1).

【0044】[0044]

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、レーダ
目標から見たときのレーダの様々なアスペクト方向のデ
ータを収集することなく、技術の確立しているレンジ−
ドプラ平面上に得られるレーダイメージを用いて、目標
の3次元形状情報が得られるレーダイメージ処理装置を
提供することができる。
As described above, according to the present invention, a range in which a technique is established without collecting data in various aspects of the radar when viewed from a radar target.
It is possible to provide a radar image processing apparatus capable of obtaining target three-dimensional shape information using a radar image obtained on a Doppler plane.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明に係るレーダイメージ処理装置の一実
施例の構成を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an embodiment of a radar image processing apparatus according to the present invention.

【図2】上記実施例の画像セル選択処理を説明するため
の2次元レーダイメージ画像を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a two-dimensional radar image for explaining the image cell selection processing of the embodiment.

【図3】上記実施例の画像セル追尾処理を説明するため
の2次元レーダイメージ画像を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a two-dimensional radar image for explaining the image cell tracking processing of the embodiment.

【図4】上記実施例の画像セル加速度算出処理におい
て、位相差の時間に対する傾きを求める様子を示す図で
ある。
FIG. 4 is a diagram showing a state in which a gradient of a phase difference with respect to time is obtained in the image cell acceleration calculation processing of the embodiment.

【図5】上記実施例の3次元レーダイメージ画像処理を
説明するためのベクトル図である。
FIG. 5 is a vector diagram for explaining the three-dimensional radar image processing of the embodiment.

【図6】上記実施例の3次元レーダイメージ画像処理を
説明するための図である。
FIG. 6 is a diagram for describing three-dimensional radar image image processing of the embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11…2次元レーダイメージ作成装置 12…画像セル選択装置 13…画像セル追尾装置 14…画像セル加速度算出装置 15…3次元レーダイメージ作成装置 16…3次元レーダイメージ表示装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... 2D radar image creation apparatus 12 ... Image cell selection apparatus 13 ... Image cell tracking apparatus 14 ... Image cell acceleration calculation apparatus 15 ... 3D radar image creation apparatus 16 ... 3D radar image display apparatus

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01S 7/00 - 7/42 G01S 13/00 - 13/95 Continuation of the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G01S 7 /00-7/42 G01S 13/00-13/95

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】レーダエコーから作成されるレンジ−ドプ
ラ平面からなる2次元レーダイメージを指定された大き
さの領域に分割し、目標の部分を含む各領域内で最大振
幅を持つ画像セルを領域毎に選択する画像セル選択手段
と、 この手段で選択された各画像セルについて、1単位時間
前のレーダイメージに対して選択されていた画像セルの
点を中心とする領域内で、振幅最大となる画像セルの点
を新たな選択画像セルとしてその位置と複素数値を出力
する画像セル追尾手段と、 選択された画像セル点列の複素数値の位相を算出し、位
相の時間に対する2階微分を算出し、その算出結果を加
速度に変換し出力する画像セル加速度算出手段と、 前記2次元レーダイメージ、加速度を入力し、前記画像
セル追尾点のレンジ−ドプラ平面上の2次元の位置(レ
ンジ、ドプラ周波数)に加速度を加えた3次元量(レン
ジ、ドプラ周波数、加速度)と前記画像セル追尾点の強
度を合わせて、(レンジ位置、ドプラ周波数、加速度、
強度)の量を前記画像セル追尾点の3次元レーダイメー
ジとして出力する3次元レーダイメージ作成手段と、 前記3次元レーダイメージの(レンジ位置、ドプラ周波
数、加速度)を座標点とみなし、レンジ軸、ドプラ軸、
加速度軸で表される3次元座標系上にその強度を示す点
を表示する3次元レーダイメージ表示手段とを具備する
レーダイメージ処理装置。
1. A two-dimensional radar image composed of a range-Doppler plane created from a radar echo is divided into regions of a designated size, and an image cell having a maximum amplitude in each region including a target portion is defined as a region. An image cell selecting means for selecting each of the image cells, and for each image cell selected by this means, an amplitude maximum and an amplitude within a region centered on a point of the image cell selected for the radar image one unit time ago. Image cell tracking means for outputting a position and a complex value of a point of an image cell as a new selected image cell, calculating a complex value phase of the selected image cell point sequence, and calculating a second derivative of the phase with respect to time. Image cell acceleration calculation means for calculating, converting the calculation result into acceleration, and outputting the acceleration; inputting the two-dimensional radar image and acceleration; Position (range, Doppler frequency) 3-dimensional volume plus acceleration (range, Doppler frequency, acceleration) and the combined strength of the image cell tracking point (range position, the Doppler frequency, acceleration,
3D radar image creating means for outputting the amount of intensity as a 3D radar image of the image cell tracking point; (Range position, Doppler frequency, acceleration) of the 3D radar image are regarded as coordinate points, Doppler axis,
A radar image processing apparatus comprising: three-dimensional radar image display means for displaying a point indicating the intensity on a three-dimensional coordinate system represented by an acceleration axis.
【請求項2】前記画像セル加速度算出手段は、レーダエ
コーから一定時間毎に連続に作成されるレンジ−ドプラ
平面からなる2次元レーダイメージの一画面以上を入力
とし、目標の各部位毎にそれを含むレンジ分解能とドプ
ラ分解能の幅を持つ画像セル毎に位相を算出し、画像セ
ル毎にその位相の複数のレーダイメージ間の時間経過に
関する2階微分成分を求めることにより加速度の検出を
行うことを特徴とする請求項1記載のレーダイメージ処
理装置。
2. The image cell acceleration calculating means receives as input one or more screens of a two-dimensional radar image composed of a range-Doppler plane which is continuously generated at predetermined time intervals from a radar echo, and outputs it for each target region. Detecting acceleration by calculating the phase for each image cell having the range of the range resolution and the Doppler resolution including the above, and obtaining the second-order differential component relating to the time lapse between a plurality of radar images of the phase for each image cell The radar image processing apparatus according to claim 1, wherein:
【請求項3】前記画像セル加速度算出手段は、位相算出
を行う画像セルをオペレータの指示によりレーダイメー
ジから選択する機能を有することを特徴とする請求項2
記載のレーダイメージ処理装置。
3. The image cell acceleration calculating means has a function of selecting an image cell for which a phase is to be calculated from a radar image in accordance with an instruction of an operator.
A radar image processing apparatus as described in the above.
【請求項4】前記画像セル選択手段は、前記画像セル加
速度算出手段で位相算出を行う画像セルとして、事前に
設定される大きさの領域でレーダイメージを分割し、目
標の部位を含む領域を選択し、さらに各領域毎に振幅最
大となる画像セルを上記画像セルとして選択する機能を
有することを特徴とする請求項1記載のレーダイメージ
処理装置。
4. The image cell selecting means divides a radar image by a region of a predetermined size as an image cell for which a phase is calculated by the image cell acceleration calculating means, and sets an area including a target part. 2. The radar image processing apparatus according to claim 1, further comprising a function of selecting an image cell having a maximum amplitude for each region as said image cell.
【請求項5】前記画像セル追尾手段は、前記画像セル選
択手段の画像セル選択後、続くレーダイメージの処理に
おいて各画像セルを中心とする次のレーダイメージ上で
の事前に設定される領域内での振幅最大となる画像セル
を新たに選択することをレーダイメージ毎に繰り返し行
い、この選択された画像セル毎の位相を算出することで
レーダイメージ間での目標のレーダイメージ上での回転
移動を追尾し、目標の各部位のレーダイメージ毎の画像
セルをまたがる移動を補正する機能を有することを特徴
とする請求項1記載のレーダイメージ処理装置。
5. The image cell tracking means, after selecting an image cell by said image cell selection means, in a next radar image centering on each image cell in a subsequent radar image processing. The selection of a new image cell having the maximum amplitude in the above is repeated for each radar image, and the phase of each of the selected image cells is calculated, thereby rotating the target image between the radar images on the radar image. 2. The radar image processing apparatus according to claim 1, further comprising a function of tracking a target position and correcting movement across image cells for each radar image of each target portion.
【請求項6】前記画像セル追尾手段は、前記レーダイメ
ージ間での目標のレーダイメージ上での回転移動につい
て外部から入力することにより、前記画像セル選択手段
の選択処理後、続くレーダイメージの処理における目標
の各部位のレーダイメージ毎の画像セルをまたがる移動
を補正する機能を有することを特徴とする請求項1記載
のレーダイメージ処理装置。
6. The image cell tracking means, after externally inputting a rotational movement of the target between the radar images on the radar image, after the selection processing of the image cell selection means, processing of a subsequent radar image. 2. The radar image processing apparatus according to claim 1, further comprising a function of correcting a movement of the target region in each of the target images which crosses an image cell.
【請求項7】前記3次元レーダイメージ表示手段は、3
次元直交座標形または3次元斜行座標形を用いて、さら
に各軸のスケールファクターを変更して表示する機能を
有することを特徴とする請求項1記載のレーダイメージ
処理装置。
7. The three-dimensional radar image display means includes:
2. The radar image processing apparatus according to claim 1, further comprising a function of using a one-dimensional rectangular coordinate system or a three-dimensional skew coordinate system to further change and display a scale factor of each axis.
【請求項8】前記3次元レーダイメージ表示手段は、オ
ペレータの選択または入力する数値に基づいて表示する
機能を有することを特徴とする請求項1記載のレーダイ
メージ処理装置。
8. The radar image processing apparatus according to claim 1, wherein said three-dimensional radar image display means has a function of displaying based on a numerical value selected or inputted by an operator.
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