JP3660179B2

JP3660179B2 - レーダ装置及び画像再生方法

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Publication number: JP3660179B2
Application number: JP33303299A
Authority: JP
Inventors: 秀樹長谷川; 雅史岩本; 哲郎桐本
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1999-11-24
Filing date: 1999-11-24
Publication date: 2005-06-15
Anticipated expiration: 2019-11-24
Also published as: JP2001153949A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、航空機や衛星に搭載され、例えば、地表や海面を広域に亘って観測してレーダ画像を再生するレーダ装置及び画像再生方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７は例えば「ＳｐｏｔｌｉｇｈｔＳｙｎｔｈｅｔｉｃＡｐｅｒｔｕｒｅＲａｄａｒ」，ＡｒｔｅｃｈＨｏｕｓｅ，１９９５年発行の第９７頁に示された従来のレーダ装置を示す構成図であり、図において、１はレーダプラットホームに搭載され、広帯域送受信部３から出力される高周波パルス信号を空間に放射するとともに、その高周波パルス信号の反射信号を受信する送受信アンテナ、２は送受信アンテナ１の送受信モードを切り換える送受信切換器、３は高周波パルス信号を送受信アンテナ１に出力する一方、送受信アンテナ１により受信された反射信号を増幅・復調してフーリエ変換し、２次元の周波数空間上の信号を受信信号として出力する広帯域送受信部である。
【０００３】
４はレーダの観測領域の中心とレーダプラットホーム間の距離変化に応じて受信信号の位相を補償する位相補償部、５はＰｏｌｙｐｈａｓｅＦｉｌｔｅｒ（上記文献の第１７１頁〜第１７４頁を参照）と呼ばれる補間法を用いて、位相補償部４が出力する受信信号の補間処理を実行する補間演算部、６は補間演算部５が出力する受信信号を高速フーリエ逆変換して、レーダ画像を再生する２次元ＦＦＴ部、７は２次元ＦＦＴ部６により再生されたレーダ画像を表示する画像表示部である。
なお、図８は従来のレーダ装置が適用する画像再生方法を示すフローチャートである。
【０００４】
次に動作について説明する。
まず、広帯域送受信部３が高周波パルス信号を出力すると、送受信アンテナ１が高周波パルス信号を空間に放射する。
また、送受信アンテナ１は、地表や海面で反射された高周波パルス信号の反射信号を受信し、広帯域送受信部３は、その反射信号を増幅・復調してフーリエ変換し、２次元の周波数空間上の信号を受信信号として出力する（ステップＳＴ１）。
【０００５】
位相補償部４は、広帯域送受信部３が周波数空間上の受信信号を出力すると、レーダの観測領域の中心とレーダプラットホーム間の距離変化に応じて、その受信信号の位相を補償する（ステップＳＴ２）。
補間演算部５は、位相補償部４が受信信号の位相を補償すると、その受信信号の補間処理を実行することにより、位相補償部４が出力する極座標上の受信信号を直角座標の格子点上に配置する。
【０００６】
即ち、補間演算部５は、ＰｏｌｙｐｈａｓｅＦｉｌｔｅｒと呼ばれる補間法を用いて、その受信信号の補間処理を実行する（ステップＳＴ３）。
上記補間法は、下記の式（１）に、受信信号における周波数ｆのスペクトルｘやフィルタパラメータであるε，ＦＬを代入して、積和演算を実施することにより、受信信号における周波数ＦのスペクトルＸを補間する。
【０００７】
【数１】

【０００８】
ただし、補間するスペクトルＸの周波数Ｆを各スペクトルの周波数間隔で除算した除算結果が△．×であるとすると、式（１）において、ｄはその除算結果の整数部分、即ち、△の値を有する変数であり、ｋはその除算結果の小数部分、即ち、×の値を有する変数である。
また、フィルタパラメータであるＦＬはフィルタの段数、εは通過帯域比の逆数であり、具体的には、入力信号列Ｂ_ｗｓｉｇ（Ｂ_ｗｓｉｇは受信信号の信号列のサンプル間隔から決定される帯域）と、フィルタの通過帯域幅Ｂ_ＷＰＦの比であり、下記の式（２）から決定される。
【０００９】
【数２】

【００１０】
さらに、ａ，ｂは、下記の式（３），（４）から決定される定数であり、ａは式（３）の演算結果の切り上げ値、ｂは式（４）の演算結果の切り捨て値である。
【００１１】
【数３】

【００１２】
なお、補間演算部５における補間精度は、フィルタ段数ＦＬを長くすると向上するが、積和演算の数が増加するため演算時間が長くなる。また、フィルタパラメータであるεを大きくすると、同様に補間精度が向上するが演算時間が長くなる。
【００１３】
２次元ＦＦＴ部６は、上記のようにして、補間演算部５が補間処理を実行すると、補間演算部５が出力する受信信号に対して、２次元の高速フーリエ逆変換を実行してレーダ画像を再生する（ステップＳＴ４）。
そして、画像表示部７は、２次元ＦＦＴ部６により再生されたレーダ画像をディスプレイ等に表示する（ステップＳＴ５）。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のレーダ装置は以上のように構成されているので、補間演算部５が受信信号の補間処理を実行するが、システムの許容誤差と補間演算時間の対応関係を考慮することなく、フィルタパラメータε，ＦＬを決定するため、システムの誤差が許容誤差の範囲内に抑えられても、レーダ画像の再生に長時間を要するなどの課題があった。
【００１５】
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、システムの誤差を許容誤差の範囲内に抑えながら、速やかにレーダ画像を再生することができるレーダ装置及び画像再生方法を得ることを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るレーダ装置は、送受信手段が高周波信号の反射信号を受信すると、その反射信号の位相を補償する位相補償手段と、その送受信手段が高周波信号の反射信号を受信すると、システムにおける許容誤差の範囲内で補間演算時間を最短にするフィルタパラメータを設定する設定手段とを設け、そのフィルタパラメータを用いて、位相補償後の反射信号の補間処理を実行するようにしたものである。
【００１７】
この発明に係るレーダ装置は、設定手段がレーダプラットホームの動揺を監視し、その動揺を補償することに伴う誤差を考慮して、フィルタパラメータを設定するようにしたものである。
【００１８】
この発明に係るレーダ装置は、送受信手段により受信された反射信号が圧縮されて伝送され、その伝送された反射信号が復調されて位相補償手段に入力される場合、設定手段がその反射信号の圧縮及び復調に伴う誤差を考慮して、フィルタパラメータを設定するようにしたものである。
【００１９】
この発明に係る画像再生方法は、高周波信号を空間に放射して、その高周波信号の反射信号を受信すると、その反射信号の位相を補償するとともに、システムにおける許容誤差の範囲内で補間演算時間を最短にするフィルタパラメータを設定し、そのフィルタパラメータを用いて、位相補償後の反射信号の補間処理を実行するようにしたものである。
【００２０】
この発明に係る画像再生方法は、レーダプラットホームの動揺を監視し、その動揺を補償することに伴う誤差を考慮して、フィルタパラメータを設定するようにしたものである。
【００２１】
この発明に係る画像再生方法は、受信した反射信号が圧縮されて伝送され、その伝送された反射信号が復調される場合、その反射信号の圧縮及び復調に伴う誤差を考慮して、フィルタパラメータを設定するようにしたものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるレーダ装置を示す構成図であり、図において、１１はレーダプラットホームに搭載され、広帯域送受信部１３から出力される高周波パルス信号を空間に放射するとともに、その高周波パルス信号の反射信号を受信する送受信アンテナ、１２は送受信アンテナ１１の送受信モードを切り換える送受信切換器、１３は高周波パルス信号を送受信アンテナ１１に出力する一方、送受信アンテナ１１により受信された反射信号を増幅・復調してフーリエ変換し、２次元の周波数空間上の信号を受信信号として出力する広帯域送受信部である。
なお、送受信アンテナ１１、送受信切換器１２及び広帯域送受信部１３から送受信手段が構成されている。
【００２３】
１４はレーダの観測領域の中心とレーダプラットホーム間の距離変化に応じて受信信号の位相を補償する位相補償部（位相補償手段）、１５はシステムにおける許容誤差の範囲内で補間演算時間を最短にするフィルタパラメータε，ＦＬを設定するパラメータ算出部（設定手段）、１６はパラメータ算出部１５により設定されたフィルタパラメータε，ＦＬを用いて、位相補償部１４が出力する受信信号の補間処理を実行する補間演算部（補間演算手段）、１７は補間演算部１６が出力する受信信号を高速フーリエ逆変換して、レーダ画像を再生する２次元ＦＦＴ部（画像再生手段）、１８は２次元ＦＦＴ部１７により再生されたレーダ画像を表示する画像表示部である。
なお、図２はこの発明の実施の形態１による画像再生方法を示すフローチャートである。
【００２４】
次に動作について説明する。
まず、広帯域送受信部１３が高周波パルス信号を出力すると、送受信アンテナ１１が高周波パルス信号を空間に放射する。
また、送受信アンテナ１１は、地表や海面で反射された高周波パルス信号の反射信号を受信し、広帯域送受信部１３は、その反射信号を増幅・復調してフーリエ変換し、２次元の周波数空間上の信号を受信信号として出力する（ステップＳＴ１１）。
【００２５】
位相補償部１４は、広帯域送受信部１３が周波数空間上の受信信号を出力すると、レーダの観測領域の中心とレーダプラットホーム間の距離変化に応じて、その受信信号の位相を補償する（ステップＳＴ１２）。
【００２６】
一方、パラメータ算出部１５は、システムにおける許容誤差の範囲内で、補間演算部１６における補間演算時間の最短化を図るため、適切なフィルタパラメータε，ＦＬを設定する（ステップＳＴ１３）。
具体的には、システムの許容誤差から補間処理に伴う誤差以外の誤差の許容誤差を減算して、補間処理に伴う誤差の許容誤差を算出する。ただし、システムの許容誤差と補間処理に伴う誤差以外の誤差の許容誤差は予め設定されているものとする。
そして、補間処理に伴う誤差がその許容範囲内に収まる条件の下で、補間演算時間が最も短くなるフィルタパラメータε，ＦＬを算出する。
【００２７】
即ち、例えば、補間処理に伴う誤差を許容範囲内に収めることが可能なフィルタ段数ＦＬが４，６，…，３０段（１４通りの値）であり、εが１．０〜１．３の範囲で０．０５刻みの値（７通りの値）であるとする。この場合、フィルタパラメータε，ＦＬの組み合わせは全部で９８通り（＝１４×７）となるが、それらの組み合わせ値をそれぞれ式（３），（４）に代入することにより、定数ａ，ｂの差が最も小さくなる組み合わせ値を探索し、その組み合わせ値をフィルタパラメータε，ＦＬとして設定する。
【００２８】
補間演算部１６は、位相補償部１４が受信信号の位相を補償し、パラメータ算出部１５がフィルタパラメータε，ＦＬを設定すると、その受信信号の補間処理を実行することにより、位相補償部１４が出力する極座標上の受信信号を直角座標の格子点上に配置する。
【００２９】
即ち、補間演算部１６は、そのフィルタパラメータε，ＦＬを用いて、従来のものと同様に、ＰｏｌｙｐｈａｓｅＦｉｌｔｅｒと呼ばれる補間法を実施することにより、その受信信号の補間処理を実行する（ステップＳＴ１４）。
上記補間法は、上述した式（１）に、受信信号における周波数ｆのスペクトルｘやフィルタパラメータであるε，ＦＬを代入して、積和演算を実施することにより、受信信号における周波数ＦのスペクトルＸを補間する。
【００３０】
２次元ＦＦＴ部１７は、補間演算部１６が補間処理を実行すると、補間演算部１６が出力する受信信号に対して、２次元の高速フーリエ逆変換を実行してレーダ画像を再生する（ステップＳＴ１５）。
そして、画像表示部１８は、２次元ＦＦＴ部１７により再生されたレーダ画像をディスプレイ等に表示する（ステップＳＴ１６）。
【００３１】
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、システムにおける許容誤差の範囲内で補間演算時間を最短にするフィルタパラメータε，ＦＬを設定し、そのフィルタパラメータε，ＦＬを用いて、受信信号の補間処理を実行するように構成したので、システムの誤差を許容誤差の範囲内に抑えながら、速やかにレーダ画像を再生することができる効果を奏する。
【００３２】
実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２によるレーダ装置を示す構成図であり、図において、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。
１９はレーダプラットホームの動揺を測定する動揺センサ、２０はレーダの観測領域の中心とレーダプラットホーム間の距離変化に応じて受信信号の位相を補償するとともに、動揺センサ１９の測定結果に基づいてレーダプラットホームの動揺を補償する位相・動揺補償部、２１は動揺センサ１９の測定結果を監視し、位相・動揺補償部２０が動揺を補償することに伴う誤差を考慮して、フィルタパラメータε，ＦＬを設定するパラメータ算出部である。
なお、動揺センサ１９及びパラメータ算出部２１から設定手段が構成されている。
図４はこの発明の実施の形態２による画像再生方法を示すフローチャートである。
【００３３】
次に動作について説明する。
上記実施の形態１では、位相補償部１４が受信信号の位相のみを補償するものについて示したが、レーダプラットホームの動揺を測定し、レーダプラットホームの動揺を補償するようにしてもよい。
【００３４】
即ち、位相・動揺補償部２０は、動揺センサ１９の測定結果を参照して、例えば、レーダが現在観測している地点と、理想的な観測地点のずれを認識することにより、広帯域送受信部１３が出力する受信信号に対して、そのずれを解消するような補償を実行する（ステップＳＴ２１，ＳＴ２２）。
【００３５】
ただし、パラメータ算出部２１は、位相・動揺補償部２０が位相補償の他に、動揺補償を実行すると、動揺の補償に伴う誤差が発生するので、フィルタパラメータε，ＦＬを設定する際、動揺を補償することに伴う誤差を考慮して設定する（ステップＳＴ２３）。
【００３６】
即ち、上記実施の形態１では、システムの許容誤差から補間処理に伴う誤差以外の誤差の許容誤差を減算して、補間処理に伴う誤差の許容誤差を算出するようにしていたが、予め設定されるシステムの許容誤差を動揺センサ１９の測定結果に基づいて変更してから、補間処理に伴う誤差の許容誤差を算出する。
【００３７】
例えば、動揺の補償に伴う誤差が動揺センサ１９の測定結果の２乗値に比例するような場合には、システムの許容誤差に対して、動揺センサ１９の測定結果の２乗値に比例する値を加算することにより、その許容誤差を変更する。
そして、変更後のシステムの許容誤差から補間処理に伴う誤差以外の誤差の許容誤差を減算することにより、補間処理に伴う誤差の許容誤差を算出する。
以下、上記実施の形態１と同様であるため説明を省略する。
【００３８】
以上で明らかなように、この実施の形態２によれば、レーダプラットホームの動揺を監視し、その動揺を補償することに伴う誤差を考慮して、フィルタパラメータε，ＦＬを設定するように構成したので、レーダプラットホームに動揺が発生しても、レーダ画像を精度よく再生することができる効果を奏する。
【００３９】
実施の形態３．
図５はこの発明の実施の形態３によるレーダ装置を示す構成図であり、図において、図１及び図３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。
２２は広帯域送受信部１３が出力する受信信号をレーダプラットホームに搭載されている記録装置に一時的に記録する一方、その記録装置の容量がオーバーフローする前に、地上局と呼ばれる施設に当該受信信号を伝送するため、当該受信信号を圧縮する信号圧縮部、２３は信号圧縮部２２により圧縮された受信信号を地上局に伝送する信号伝送部、２４は信号伝送部２３から伝送された受信信号を受信する地上局の伝送信号受信部、２５は伝送信号受信部２４により受信された受信信号を復調する信号復調部、２６は受信信号の圧縮及び復調に伴う誤差を考慮して、フィルタパラメータε，ＦＬを設定するパラメータ算出部（設定手段）である。
図６はこの発明の実施の形態３による画像再生方法を示すフローチャートである。
【００４０】
次に動作について説明する。
上記実施の形態２では、フィルタパラメータε，ＦＬを設定する際、動揺を補償することに伴う誤差を考慮して設定するものについて示したが、受信信号の圧縮及び復調に伴う誤差を考慮して、フィルタパラメータε，ＦＬを設定するようにしてもよい。
【００４１】
即ち、レーダプラットホームから広帯域送受信部１３が出力する受信信号を圧縮して、地上局に伝送する場合、その受信信号の圧縮と復調に伴って誤差が発生する。
そこで、パラメータ算出部２６は、受信信号の圧縮及び復調に伴う誤差を考慮して、フィルタパラメータε，ＦＬを設定するようにする。
【００４２】
具体的には、受信信号の圧縮率にほぼ比例して、圧縮誤差と復調誤差が発生するので、パラメータ算出部２６は、信号復調部２５から受信信号の圧縮率に関する情報を受信すると、その受信信号の圧縮率に応じて、システムの許容誤差を変更する。
【００４３】
ここで、圧縮率は、レーダ画像の分解能と、観測領域の大きさから決定される受信信号の受信レートに応じて決定される。また、圧縮アルゴリズムとしては、例えばＢＦＰＱ（ＢｌｏｃｋＦｌｏａｔｉｎｇＰｏｉｎｔＱｕａｎｔｉｚａｔｉｏｎ）が採用され、８ビットを３ビット、４ビット又は５ビットに圧縮する場合を想定する（３ビットに圧縮すると、データ量が大きく減少するが圧縮誤差が増大する）。
【００４４】
例えば、上記の圧縮アルゴリズムで８ビットを４ビットに圧縮する場合を標準とし、８ビットを４ビットに圧縮する場合には、システムの許容誤差を変更しないものとする。
しかし、上記の圧縮アルゴリズムで８ビットを３ビットに圧縮する場合には、圧縮誤差及び復調誤差が標準より増大するので、システムの許容誤差から所定値を減算することにより、補間処理に伴う誤差の許容誤差を所定値だけ小さくするようにする。
一方、上記の圧縮アルゴリズムで８ビットを５ビットに圧縮する場合には、圧縮誤差及び復調誤差が標準より減少するので、システムの許容誤差に所定値を加算することにより、補間処理に伴う誤差の許容誤差を所定値だけ大きくするようにする。
以下、上記実施の形態１と同様であるため説明を省略する。
【００４５】
以上で明らかなように、この実施の形態３によれば、受信信号の圧縮及び復調に伴う誤差を考慮して、フィルタパラメータε，ＦＬを設定するように構成したので、受信信号を圧縮して伝送する場合でも、レーダ画像を精度よく再生することができる効果を奏する。
【００４６】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、送受信手段が高周波信号の反射信号を受信すると、その反射信号の位相を補償する位相補償手段と、その送受信手段が高周波信号の反射信号を受信すると、システムにおける許容誤差の範囲内で補間演算時間を最短にするフィルタパラメータを設定する設定手段とを設け、そのフィルタパラメータを用いて、位相補償後の反射信号の補間処理を実行するように構成したので、システムの誤差を許容誤差の範囲内に抑えながら、速やかにレーダ画像を再生することができる効果がある。
【００４７】
この発明によれば、設定手段がレーダプラットホームの動揺を監視し、その動揺を補償することに伴う誤差を考慮して、フィルタパラメータを設定するように構成したので、レーダプラットホームに動揺が発生しても、レーダ画像を精度よく再生することができる効果がある。
【００４８】
この発明によれば、送受信手段により受信された反射信号が圧縮されて伝送され、その伝送された反射信号が復調されて位相補償手段に入力される場合、設定手段がその反射信号の圧縮及び復調に伴う誤差を考慮して、フィルタパラメータを設定するように構成したので、受信信号を圧縮して伝送する場合でも、レーダ画像を精度よく再生することができる効果がある。
【００４９】
この発明によれば、高周波信号を空間に放射して、その高周波信号の反射信号を受信すると、その反射信号の位相を補償するとともに、システムにおける許容誤差の範囲内で補間演算時間を最短にするフィルタパラメータを設定し、そのフィルタパラメータを用いて、位相補償後の反射信号の補間処理を実行するように構成したので、システムの誤差を許容誤差の範囲内に抑えながら、速やかにレーダ画像を再生することができる効果がある。
【００５０】
この発明によれば、レーダプラットホームの動揺を監視し、その動揺を補償することに伴う誤差を考慮して、フィルタパラメータを設定するように構成したので、レーダプラットホームに動揺が発生しても、レーダ画像を精度よく再生することができる効果がある。
【００５１】
この発明によれば、受信した反射信号が圧縮されて伝送され、その伝送された反射信号が復調される場合、その反射信号の圧縮及び復調に伴う誤差を考慮して、フィルタパラメータを設定するように構成したので、受信信号を圧縮して伝送する場合でも、レーダ画像を精度よく再生することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１によるレーダ装置を示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１による画像再生方法を示すフローチャートである。
【図３】この発明の実施の形態２によるレーダ装置を示す構成図である。
【図４】この発明の実施の形態２による画像再生方法を示すフローチャートである。
【図５】この発明の実施の形態３によるレーダ装置を示す構成図である。
【図６】この発明の実施の形態３による画像再生方法を示すフローチャートである。
【図７】従来のレーダ装置を示す構成図である。
【図８】従来のレーダ装置が適用する画像再生方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１１送受信アンテナ（送受信手段）、１２送受信切換器（送受信手段）、１３広帯域送受信部（送受信手段）、１４位相補償部（位相補償手段）、１５パラメータ算出部（設定手段）、１６補間演算部（補間演算手段）、１７２次元ＦＦＴ部（画像再生手段）、１８画像表示部、１９動揺センサ（設定手段）、２０位相・動揺補償部、２１パラメータ算出部（設定手段）、２２信号圧縮部、２３信号伝送部、２４伝送信号受信部、２５信号復調部、２６パラメータ算出部（設定手段）。

Claims

レーダプラットホームに搭載され、高周波信号を空間に放射して、その高周波信号の反射信号を受信する送受信手段と、上記送受信手段が高周波信号の反射信号を受信すると、その反射信号の位相を補償する位相補償手段と、上記送受信手段が高周波信号の反射信号を受信すると、システムにおける許容誤差の範囲内で補間演算時間を最短にするフィルタパラメータを設定する設定手段と、上記設定手段により設定されたフィルタパラメータを用いて、上記位相補償手段により位相が補償された反射信号の補間処理を実行する補間演算手段と、上記補間演算手段による補間後の反射信号からレーダ画像を再生する画像再生手段とを備えたレーダ装置。
設定手段は、レーダプラットホームの動揺を監視し、その動揺を補償することに伴う誤差を考慮して、フィルタパラメータを設定することを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
設定手段は、送受信手段により受信された反射信号が圧縮されて伝送され、その伝送された反射信号が復調されて位相補償手段に入力される場合、その反射信号の圧縮及び復調に伴う誤差を考慮して、フィルタパラメータを設定することを特徴とする請求項１または請求項２記載のレーダ装置。
高周波信号を空間に放射して、その高周波信号の反射信号を受信すると、その反射信号の位相を補償するとともに、システムにおける許容誤差の範囲内で補間演算時間を最短にするフィルタパラメータを設定し、そのフィルタパラメータを用いて、位相補償後の反射信号の補間処理を実行し、その補間後の反射信号からレーダ画像を再生する画像再生方法。
レーダプラットホームの動揺を監視し、その動揺を補償することに伴う誤差を考慮して、フィルタパラメータを設定することを特徴とする請求項４記載の画像再生方法。
受信した反射信号が圧縮されて伝送され、その伝送された反射信号が復調される場合、その反射信号の圧縮及び復調に伴う誤差を考慮して、フィルタパラメータを設定することを特徴とする請求項４または請求項５記載の画像再生方法。