JP6324108B2 - Synthetic aperture radar equipment - Google Patents
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Description
この発明は、移動目標を検出する合成開口レーダ装置に関するものである。 The present invention relates to a synthetic aperture radar apparatus that detects a moving target.
合成開口レーダ装置における移動目標の検出方式としては、例えば、以下の非特許文献1に開示されている2パルスキャンセラ、3パルスキャンセラや、パルスドップラー処理が知られている。
しかし、これらの検出方式では、クラッタのドップラー帯域幅が広い場合、低速移動の目標を検出することができない問題がある。
As a detection method of a moving target in a synthetic aperture radar apparatus, for example, a 2-pulse scancella, a 3-pulsescanner, and pulse Doppler processing disclosed in Non-Patent Document 1 below are known.
However, these detection methods have a problem that a low-speed moving target cannot be detected when the Doppler bandwidth of the clutter is wide.
クラッタのドップラー帯域幅が広い場合でも、移動目標を検出できるようにする方式として、プラットフォームの移動方向(以下、「アロングトラック方向」と称する)に、2つ以上のアンテナ開口を並べ、各々のアンテナ開口で受信された信号を組み合わせて静止目標の信号を抑圧することで、移動目標を検出する方式が知られている。
2つのアンテナ開口をアロングトラック方向に並べ、2つのアンテナ開口で受信された信号を用いる方式として、例えば、非特許文献1に開示されているDPCA(Displaced Phase Center Antenna)方式が知られている。
DPCA方式は、2つのアンテナ開口で受信された信号が、違う時刻に同じ位置から観測された信号に相当するものであることを利用するものであり、2つのアンテナ開口で受信された信号の差分を計算することでクラッタを抑圧している。
As a method for enabling detection of a moving target even when the Doppler bandwidth of the clutter is wide, two or more antenna openings are arranged in the moving direction of the platform (hereinafter referred to as “along track direction”), and each antenna is arranged. A method of detecting a moving target by combining a signal received at an aperture and suppressing a stationary target signal is known.
As a method of arranging two antenna openings in the along track direction and using signals received by the two antenna openings, for example, a DPCA (Displaced Phase Center Antenna) method disclosed in Non-Patent Document 1 is known.
The DPCA method uses that signals received at two antenna apertures correspond to signals observed from the same position at different times, and the difference between signals received at the two antenna apertures. Clutter is suppressed by calculating.
3つ以上のアンテナ開口をアロングトラック方向に並べ、3つ以上のアンテナ開口で受信された信号を用いる方式として、例えば、以下の非特許文献2に開示されているSTAP(Space Time Adaptive Processing)方式が知られている。
STAP方式は、3つ以上のアンテナ開口で受信された信号に対して、時空間フィルタを適用することで、移動目標を検出する方式である。
As a system using three or more antenna apertures arranged in the along track direction and using signals received by the three or more antenna apertures, for example, a STAP (Space Time Adaptive Processing) system disclosed in Non-Patent
The STAP method is a method for detecting a moving target by applying a spatio-temporal filter to signals received at three or more antenna apertures.
上記のDPCA方式とSTAP方式では、上述したように、複数のアンテナ開口を予めアロングトラック方向に並べておく必要がある。
これに対して、航空機に搭載されているレーダ装置では、一般に開口が進行方向の前方を向いている。また、上記レーダ装置の開口は、以下の非特許文献1に開示されているモノパルス方式を実現するために、左右に分割されて2チャネルの受信チャネルを持っている。
そのため、進行方向に対して直角で、かつ、水平方向に並んでいる2つのアンテナ開口を用いて、クラッタを抑圧することが可能であれば、信号処理方式を更新するだけで、航空機に搭載されている既設のレーダ装置を利用することが可能であり、移動目標の検出性能を向上することができる。
In the DPCA system and the STAP system, as described above, it is necessary to arrange a plurality of antenna openings in the along track direction in advance.
On the other hand, in a radar apparatus mounted on an aircraft, the opening generally faces forward in the traveling direction. Further, the aperture of the radar apparatus is divided into left and right to have two reception channels in order to realize the monopulse system disclosed in Non-Patent Document 1 below.
Therefore, if it is possible to suppress clutter using two antenna apertures that are perpendicular to the direction of travel and aligned in the horizontal direction, it will be installed in an aircraft simply by updating the signal processing method. It is possible to use the existing radar device, and the detection performance of the moving target can be improved.
以下の非特許文献3には、進行方向に対して直角で、かつ、水平方向に並んでいる複数のアンテナ開口を用いて、上記のSTAP方式と同じ考え方を適用する方式が開示されている。
しかし、この方式では、パルスの積分時間を長くすると、移動目標の信号が移動の影響で、レンジセルを跨いでしまうために、信号が適切に積分されなくなることがある。
そのため、非特許文献3に開示されている方式は、適用可能なパルスの積分時間が限られるため、信号対雑音電力比(SNR:Signal to Noise Ratio)が低い移動目標を検出することが困難である。
なお、非特許文献3に開示されている方式が効果を発揮するのは、主に3つ以上のアンテナ開口を用いる場合である。
Non-Patent
However, in this method, if the pulse integration time is lengthened, the signal of the movement target may straddle the range cell due to the influence of movement, and thus the signal may not be properly integrated.
For this reason, the method disclosed in
The method disclosed in Non-Patent
ここで、2つのアンテナ開口を使用するDPCA方式の原理を説明する。
図6はDPCA方式の原理を説明するための概念図であり、図6において、横軸は時刻で、縦軸はプラットフォームの進行方向である。
2つのアンテナ1a,1bがプラットフォームの進行方向に並べられており、図6では、時刻ηにおけるアンテナ1a,1bの位置と、時刻(η+η12)におけるアンテナ1a,1bの位置とが表記されている。
図6の例では、2つのアンテナ1a,1bの間の距離をd[m]、プラットフォームの速度をVr[m/s]としている。
したがって、図6の例では、2つのアンテナ1a,1bの位置は、傾きVrの直線に沿って移動する。
Here, the principle of the DPCA method using two antenna openings will be described.
FIG. 6 is a conceptual diagram for explaining the principle of the DPCA method. In FIG. 6, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the traveling direction of the platform.
Two
In the example of FIG. 6, the distance between the two
Therefore, in the example of FIG. 6, the positions of the two
本明細書においては、「アンテナの位置」や「アンテナ開口の位置」を送受信の位相中心位置で定義する。即ち、送信アンテナが共用で、受信アンテナのみを2つ使用するシステムの場合は、dは受信アンテナの位相中心間の距離の半分の長さになる。
図6より、時刻ηにおけるアンテナ1aの位置に、アンテナ1bが到達する時刻は、時刻ηより、η12=d/Vr[sec]後であることが分かる。つまり、2つのアンテナ1a,1bでそれぞれ観測される信号は、時刻差η12=d/Vrで同一位置から観測されたものに相当する。
したがって、パルス繰り返し周期(PRI:Pulse Repetition Interval)が時刻差η12と一致する場合(この関係が成立することを「DPCA条件」と称する)、アンテナ1aが時刻ηで観測する信号と、アンテナ1bが時刻(η+η12)で観測する信号は、同じ場所から異なる時刻で観測した信号に相当する。
そのため、アンテナ1aで観測される信号と、アンテナ1bで観測される信号においては、静止クラッタ信号は一致するが、移動目標信号は移動に伴う距離変化に応じて、その位相が変化する。
In this specification, “antenna position” and “antenna aperture position” are defined by the phase center position of transmission and reception. That is, in the case of a system in which the transmitting antenna is shared and only two receiving antennas are used, d is half the distance between the phase centers of the receiving antennas.
From FIG. 6, it can be seen that the time at which the
Therefore, when the pulse repetition period (PRI) coincides with the time difference η 12 (this relationship is established as a “DPCA condition”), the signal observed by the
Therefore, in the signal observed by the
以下の非特許文献4には、DPCA方式を合成開口レーダ(SAR:Synthetic Aperture Radar)の観測と組み合わせた方式(SAR−DPCA方式)が開示されている。
このSAR−DPCA方式では、アンテナ1aで観測される信号と、アンテナ1bで観測される信号から、SAR画像をそれぞれ再生している。
2つのSAR画像では、静止クラッタ信号が一致しているが、移動目標信号が時刻差η12の間に位相が変化するので、2つのSAR画像の差分処理でクラッタを抑圧して、移動目標を検出するようにしている。
Non-Patent Document 4 below discloses a method (SAR-DPCA method) in which the DPCA method is combined with observation by a synthetic aperture radar (SAR).
In this SAR-DPCA method, SAR images are reproduced from a signal observed by the
In the two SAR images, the stationary clutter signals match, but the phase of the moving target signal changes during the time difference η 12 , so the clutter is suppressed by the differential processing of the two SAR images, and the moving target is I try to detect it.
なお、合成開口レーダにおける「観測時刻」は、そのアジマス位置の像を再生するのに使用された合成開口の中心にアンテナが位置する時刻で与えられる。
SAR−DPCA方式は、合成開口レーダの観測と組み合わせることにより、積分時間を延長することができるので、上記のDPCA方式と比較すると、より信号対雑音電力比が小さい移動目標を検出することが可能になる。
しかし、上記のDPCA方式と同様に、複数のアンテナ開口をアロングトラック方向に並べて配置する必要がある。
The “observation time” in the synthetic aperture radar is given by the time at which the antenna is located at the center of the synthetic aperture used for reproducing the image of the azimuth position.
Since the integration time can be extended by combining the SAR-DPCA method with synthetic aperture radar observation, it is possible to detect a moving target with a smaller signal-to-noise power ratio compared to the DPCA method described above. become.
However, similar to the above DPCA method, it is necessary to arrange a plurality of antenna openings side by side in the along track direction.
従来の合成開口レーダ装置は以上のように構成されているので、進行方向に対して直角で、かつ、水平方向に並んでいる複数のアンテナ開口を用いて、STAP方式と同じ考え方を適用する方式を用いれば、航空機に搭載されている既設のレーダ装置を利用することが可能である。しかし、この方式では、パルスの積分時間を長くすると、移動目標の信号が移動の影響で、レンジセルを跨いでしまうために、信号が適切に積分されなくなることがある。そのため、適用可能なパルスの積分時間が限られるため、信号対雑音電力比が低い移動目標を検出することが困難である課題があった。 Since the conventional synthetic aperture radar apparatus is configured as described above, a method that applies the same concept as the STAP method using a plurality of antenna openings that are perpendicular to the traveling direction and aligned in the horizontal direction. If it is used, it is possible to use the existing radar apparatus mounted on the aircraft. However, in this method, if the pulse integration time is lengthened, the signal of the movement target may straddle the range cell due to the influence of movement, and thus the signal may not be properly integrated. For this reason, there is a problem that it is difficult to detect a moving target having a low signal-to-noise power ratio because the applicable pulse integration time is limited.
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、進行方向に対して直角で、かつ、水平方向に並んでいる複数のアンテナ開口を用いる場合でも、信号対雑音電力比が低い移動目標を検出することができる合成開口レーダ装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and has a low signal-to-noise power ratio even when using a plurality of antenna openings that are perpendicular to the traveling direction and aligned in the horizontal direction. An object of the present invention is to obtain a synthetic aperture radar device capable of detecting a moving target.
この発明に係る合成開口レーダ装置は、パルス信号を空間に放射する送信手段と、プラットフォームの進行方向と直交する方向に並んでいる複数のアンテナと、送信手段から放射されたのち、観測対象によって散乱された前記パルス信号の散乱波が複数のアンテナに入射されると、複数のアンテナに入射された散乱波の受信信号を検波する受信手段と、プラットフォームの位置及び速度を計測する計測手段と、計測手段により計測された位置及び速度を用いて、受信手段により検波された複数の受信信号から合成開口レーダ画像をそれぞれ再生するレーダ画像再生手段と、計測手段により計測された速度を用いて、レーダ画像再生手段により再生された複数の合成開口レーダ画像を、アジマス方向に移動させず、レンジ方向の位置合わせを行う位置合わせ手段と、位置合わせ手段により位置合わせが行われた複数の合成開口レーダ画像に含まれているクラッタを抑圧するクラッタ抑圧手段を設け、移動目標検出手段が、クラッタ抑圧手段によりクラッタが抑圧された合成開口レーダ画像から移動目標を検出するようにしたものである。 The synthetic aperture radar apparatus according to the present invention includes a transmitting unit that radiates a pulse signal to space, a plurality of antennas arranged in a direction orthogonal to the traveling direction of the platform, and radiated from the transmitting unit and then scattered by an observation target. When the scattered wave of the pulse signal is incident on a plurality of antennas, receiving means for detecting the received signals of the scattered waves incident on the plurality of antennas, measuring means for measuring the position and velocity of the platform, and measurement A radar image reproducing means for reproducing a synthetic aperture radar image from a plurality of received signals detected by the receiving means using the position and velocity measured by the means, and a radar image using the speed measured by the measuring means. line a plurality of synthetic aperture radar image reproduced by the reproducing means, without moving in the azimuth direction, the alignment of the range direction And a clutter suppression unit that suppresses clutter included in the plurality of synthetic aperture radar images that have been aligned by the alignment unit. The moving target detection unit suppresses the clutter by the clutter suppression unit. The moving target is detected from the synthetic aperture radar image.
この発明によれば、位置合わせ手段が、計測手段により計測された速度を用いて、レーダ画像再生手段により再生された複数の合成開口レーダ画像を、アジマス方向に移動させず、レンジ方向の位置合わせを行うように構成したので、進行方向に対して直角で、かつ、水平方向に並んでいる複数のアンテナ開口を用いたものにおいて、信号対雑音電力比が低い移動目標を検出することができる効果がある。 According to the present invention, the alignment unit uses the speed measured by the measurement unit to align the plurality of synthetic aperture radar images reproduced by the radar image reproduction unit in the range direction without moving in the azimuth direction. The effect of being able to detect a moving target with a low signal-to-noise power ratio in the case of using a plurality of antenna openings that are perpendicular to the traveling direction and aligned in the horizontal direction. There is.
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1による合成開口レーダ装置を示す構成図である。
図1において、アンテナ1a,1bはプラットフォームの進行方向と直交する方向に、dの間隔で並んでおり、アンテナ1aは送受信アンテナとして用いられ、アンテナ1bは受信アンテナとして用いられる。
送信機2はパルス信号を生成し、繰返し周期Δη(繰り返し周波数Fa)で、そのパルス信号を繰り返し出力する。なお、送信機2は送信手段を構成している。
送受切換器3は送信機2から出力されたパルス信号をアンテナ1aに出力することで、そのパルス信号を空間に放射させる一方、観測対象によって散乱された前記パルス信号の散乱波がアンテナ1aに入射されると、その散乱波を受信機4aに出力する。
Embodiment 1 FIG.
1 is a block diagram showing a synthetic aperture radar apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
In FIG. 1,
The
The transmission /
受信機4aはアンテナ1aから放射されたのち、観測対象によって散乱されたパルス信号の散乱波がアンテナ1aに入射されると、アンテナ1aに入射された散乱波の受信信号を検波するとともに、その受信信号に対する位相検波処理やA/D変換処理を実施することで、その受信信号の振幅及び位相を示すデジタル受信信号を出力する。
受信機4bはアンテナ1aから放射されたのち、観測対象によって散乱されたパルス信号の散乱波がアンテナ1bに入射されると、アンテナ1bに入射された散乱波の受信信号を検波するとともに、その受信信号に対する位相検波処理やA/D変換処理を実施することで、その受信信号の振幅及び位相を示すデジタル受信信号を出力する。なお、受信機4a,4bは受信手段を構成している。
図1では、受信機4とアンテナ1の数が同数である例を示しているが、受信機4の数がアンテナ1の数よりも少なくても構わない。その場合には、スイッチを介して、1つの受信機を複数のアンテナと接続し、パルス信号の送受信毎にスイッチを切り替えることにより、複数の開口で信号を受信するようにすればよい。
When the
When the
Although FIG. 1 shows an example in which the number of receivers 4 and the number of antennas 1 are the same, the number of receivers 4 may be smaller than the number of antennas 1. In that case, a single receiver may be connected to a plurality of antennas via a switch, and the signal may be received through a plurality of openings by switching the switch every time a pulse signal is transmitted and received.
プラットフォーム運動計測部5は例えば航空機等のプラットフォームに搭載されている位置計測器や速度計などから構成されており、プラットフォームの位置及び速度を計測する処理を実施する。なお、プラットフォーム運動計測部5は計測手段を構成している。
レーダ信号処理部6は例えば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から構成されており、プラットフォーム運動計測部5により計測されたプラットフォームの位置及び速度を用いて、受信機4a,4bより出力されたデジタル受信信号から移動目標を検出する処理を実施する。
The platform
The radar
SAR画像再生部7aはプラットフォーム運動計測部5により計測されたプラットフォームの位置及び速度を用いて、受信機4aより出力されたデジタル受信信号からSAR画像(合成開口レーダ画像)を再生する処理を実施する。
SAR画像再生部7bはプラットフォーム運動計測部5により計測されたプラットフォームの位置及び速度を用いて、受信機4bより出力されたデジタル受信信号からSAR画像を再生する処理を実施する。なお、SAR画像再生部7a,7bはレーダ画像再生手段を構成している。
The SAR
The SAR
レンジ方向画像レジストレーション部8はプラットフォーム運動計測部5により計測されたプラットフォームの速度を用いて、SAR画像再生部7a,7bにより再生された2つのSAR画像のレンジ方向の位置合わせを行う。なお、レンジ方向画像レジストレーション部8は位置合わせ手段を構成している。
The range direction image registration unit 8 uses the platform speed measured by the platform
位相補償部9はレンジ方向画像レジストレーション部8により位置合わせが行われた2つのSAR画像間の位相差を補償する処理を実施する。
振幅補償部10はレンジ方向画像レジストレーション部8により位置合わせが行われた2つのSAR画像間の振幅差を補償する処理を実施する。
なお、位相補償部9及び振幅補償部10から補償手段が構成されている。
The phase compensation unit 9 performs processing for compensating for the phase difference between the two SAR images that have been aligned by the range direction image registration unit 8.
The
The phase compensation unit 9 and the
クラッタ抑圧部11は位相補償部9及び振幅補償部10による補償処理後の2つのSAR画像に含まれているクラッタ(静止目標信号成分)を抑圧する処理を実施する。なお、クラッタ抑圧部11はクラッタ抑圧手段を構成している。
移動目標検出・速度推定部12はクラッタ抑圧部11によりクラッタが抑圧されたSAR画像から移動目標を検出するとともに、振幅補償部10による補償処理後の2つのSAR画像の位相差から、移動目標におけるレーダ視線方向の速度を推定する処理を実施する。なお、移動目標検出・速度推定部12は移動目標検出手段を構成している。
The
The moving target detection /
図1の例では、合成開口レーダ装置の構成要素であるアンテナ1a,1b、送信機2、送受切換器3、受信機4a,4b、プラットフォーム運動計測部5及びレーダ信号処理部6のそれぞれが専用のハードウェアで構成されているものを想定しているが、合成開口レーダ装置の一部(例えば、レーダ信号処理部6)がコンピュータで構成されていてもよい。
合成開口レーダ装置の一部(例えば、レーダ信号処理部6)をコンピュータで構成する場合、SAR画像再生部7a,7b、レンジ方向画像レジストレーション部8、位相補償部9、振幅補償部10、クラッタ抑圧部11及び移動目標検出・速度推定部12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。
In the example of FIG. 1, the
When a part of the synthetic aperture radar apparatus (for example, the radar signal processing unit 6) is configured by a computer, the SAR
次に動作について説明する。
最初に、図1の合成開口レーダ装置による観測のジオメトリと信号モデルについて説明する。
図2及び図3はこの発明の実施の形態1による合成開口レーダ装置での観測のジオメトリを示す説明図である。
図2では観測のジオメトリを2次元で表しており、図3では観測のジオメトリを3次元で表している。
Next, the operation will be described.
First, the observation geometry and signal model by the synthetic aperture radar apparatus of FIG. 1 will be described.
2 and 3 are explanatory views showing the geometry of observation in the synthetic aperture radar apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
In FIG. 2, the observation geometry is represented in two dimensions, and in FIG. 3, the observation geometry is represented in three dimensions.
図1の合成開口レーダ装置では、正面に向かって左右に並べられている2つのアンテナ1a,1bを用いる。
また、信号対雑音電力比が低い移動目標を検出するため、上記の非特許文献4に開示されているSAR−DPCA方式と同様に、2つのアンテナ1a,1bで観測された信号について合成開口レーダの処理を適用することでSAR画像を生成し、2つのSAR画像の差分処理によってクラッタを抑圧する。
アンテナ1a,1bが正面に向かって左右に並んでいるため、2つのSAR画像の「観測時刻差」は、アンテナ1a,1bが進行方向に並んでいる上記のSAR−DPCA方式の場合のようには自明でない。
本明細書では、説明の簡単化のため、図2を用いながら2次元問題で定式化した後、図3を用いながら、3次元に拡張するという順番で説明する。
The synthetic aperture radar apparatus of FIG. 1 uses two
Further, in order to detect a moving target having a low signal-to-noise power ratio, as in the SAR-DPCA method disclosed in Non-Patent Document 4 above, a synthetic aperture radar is used for signals observed by two
Since the
In this specification, for simplification of description, the description will be made in the order of formulation in a two-dimensional problem using FIG. 2 and then expanding to three dimensions using FIG.
まず、合成開口レーダ装置による観測信号について説明する。
ここでは、2つのアンテナ1a,1b及び観測対象である目標が2次元の平面内に存在するものとする。
図2の例では、アンテナ1aの開口はx−y平面の座標が(0,0)の位置に存在し、アンテナ1bの開口はx−y平面の座標が(0,d)の位置に存在しており、アンテナ開口の位置を送受信の位相中心位置で定義する。
また、2つのアンテナ1a,1bは、同一のプラットフォームに搭載されているものとするが、プラットフォームとしては、航空機、人工衛星あるいは車両などの移動体が考えられる。ただし、移動体に限るものではない。
なお、2つのアンテナ1a,1bは、同一のプラットフォームに搭載される必要はなく、別々のプラットフォームに搭載されても構わないが、その場合は、各プラットフォームは平行な軌道で横一列に並んで移動するものとする。
First, an observation signal from the synthetic aperture radar apparatus will be described.
Here, it is assumed that the two
In the example of FIG. 2, the opening of the
The two
The two
アンテナ1aとアンテナ1bは、y軸方向にdの間隔で並んでおり、アンテナ1a,1bはx軸方向に速度Vrで等速度運動をしているものとする。
また、ビームはx−y平面内でスクイント角θsqの方向を向いているものとし、SAR画像の再生時は、このスクイント角θsqに相当するドップラー周波数fηc=2f0Vrsin/θsqc(f0は送信信号の中心周波数)をドップラー中心として再生するものとする。
なお、SAR画像の再生処理は、例えば、以下の非特許文献5に開示されている周知の技術を用いればよいが、スクイント方向のSAR画像再生には、ω−Kアルゴリズムが適していることが知られている。
アンテナ1aで観測された信号から再生されたSAR画像をs1(τ,η)、アンテナ1bで観測された信号から再生されたSAR画像をs2(τ,η)とする。
ただし、τはレンジ方向の位置を時間の単位で表したものであり、ηはアジマス方向の位置を時間の単位で表したものである。
[非特許文献5]
I.G.Cumming,F.H.Wong,“Digital Processing of Symthetic Aperture Radar Data,”Artech House 2005
It is assumed that the
Further, it is assumed that the beam is directed in the direction of the squint angle θ sq in the xy plane, and when reproducing the SAR image, the Doppler frequency f ηc = 2f 0 V r sin / θ corresponding to the squint angle θ sq is obtained. It is assumed that sq c (f 0 is the center frequency of the transmission signal) is reproduced with the Doppler center.
The SAR image reproduction process may use, for example, a well-known technique disclosed in
The SAR image reproduced from the signal observed by the
However, τ represents the position in the range direction in units of time, and η represents the position in the azimuth direction in units of time.
[Non-Patent Document 5]
I. G. Cumming, F.M. H. Wong, “Digital Processing of Symptom Aperture Radar Data,” Artech House 2005
図4は2つのSAR画像s1(τ,η),s2(τ,η)を示す概念図である。
また、SAR画像s1(τ,η)を2次元フーリエ変換して得られる空間スペクトル信号をS1(fτ,fη)、SAR画像s2(τ,η)を2次元フーリエ変換して得られる空間スペクトル信号をS2(fτ,fη)とする。
ここで、fτはレンジ周波数であり、そのレンジ周波数fτの値域は、ベースバンド信号のサンプリング周波数をFrとすると、−Fr/2≦fτ≦Fr/2である。
また、fηはドップラー周波数であり、そのドップラー周波数fηの値域はPRF (Pulse Repetition Frequency) をFaとすると、−Fa/2≦fη−fηc≦Fa/2である。
FIG. 4 is a conceptual diagram showing two SAR images s 1 (τ, η) and s 2 (τ, η).
Further, a spatial spectrum signal obtained by two-dimensional Fourier transform of the SAR image s 1 (τ, η) is converted into S 1 (f τ , f η ), and the SAR image s 2 (τ, η) is converted into a two-dimensional Fourier transform. Let the spatial spectrum signal obtained be S 2 (f τ , f η ).
Here, f τ is a range frequency, and the range of the range frequency f τ is −F r / 2 ≦ f τ ≦ F r / 2 where the sampling frequency of the baseband signal is F r .
Further, f η is a Doppler frequency, and the range of the Doppler frequency f η is −F a / 2 ≦ f η −f ηc ≦ F a / 2, where PRF (Pulse Repetition Frequency) is F a .
ここで、x−y平面の座標が(x0,R0)の位置にある静止点目標について考える。
合成開口レーダ装置においては、ある点目標の信号は、一般にスクイント角θsqによらず、アンテナ位置が、その点目標に最も接近する時刻に現れるように設計されている(例えば、非特許文献5を参照)。
この点からの反射信号がアンテナ1aで観測されることで再生されるSAR画像s1(τ,η)は、図4に示すように、(τ,η)=(2R0/c,η0)の位置に現れ、アンテナ1bで観測されることで再生されるSAR画像s2(τ,η)は、(τ,η)=(2(R0−d)/c,η0)の位置に現れる。
また、レンジ位置については、アンテナ位置が、その点目標に最も接近する時刻における距離に現れる。
Here, consider a stationary point target whose coordinates on the xy plane are at the position (x 0 , R 0 ).
In a synthetic aperture radar apparatus, a signal of a point target is generally designed so that the antenna position appears at the time closest to the point target regardless of the squint angle θ sq (for example, Non-Patent Document 5). See).
As shown in FIG. 4, the SAR image s 1 (τ, η) reproduced by observing the reflected signal from this point with the
As for the range position, the antenna position appears at the distance at the time closest to the point target.
図2の例では、アンテナ1aとアンテナ1bの位置はアジマス方向(x軸方向)について一致しているため、両アンテナが最も静止点目標に接近する時刻は、いずれもη0=x0/Vrで同じである。
一方、レンジ方向(y軸方向)については、2つのアンテナ1a,1bの間隔dの影響により、各アンテナ1a,1bから静止点目標までの距離が異なっているため、図4に示すように、アンテナ1bのSAR画像においては、2d/cだけ近い位置に現れる。
In the example of FIG. 2, since the positions of the
On the other hand, in the range direction (y-axis direction), the distance from each
ところで、アンテナ1a,1bで観測された信号から再生されたSAR画像s1(τ,η),s2(τ,η)において、静止点目標の信号の像を得るために設定される合成開口の中心位置のアロングトラック方向の座標xc1,xc2は、下記の式(1)で与えられる。
ここで、2つの合成開口の中心と静止点目標をそれぞれ結ぶ線分は、図2に示すように、同一の直線に一致する位置関係となる。
このため、アンテナ1aとアンテナ1bによる静止点目標の観測時刻差η12は、下記の式(2)で与えられる。
By the way, in the SAR images s 1 (τ, η) and s 2 (τ, η) reproduced from the signals observed by the
Here, as shown in FIG. 2, the line segments connecting the centers of the two synthetic apertures and the stationary point target have a positional relationship that coincides with the same straight line.
Therefore, the observation time difference η 12 of the stationary point target between the
したがって、速度がvバー(明細書の文章中では、電子出願の関係上、文字の上に“−”記号を付することができないので、「vバー」のように表記している)で移動する移動目標の信号については、2つのSAR画像s1(τ,η),s2(τ,η)の間に、下記の式(3)で表される位相差φtgtが発生する。
ただし、vlosは移動目標における視線方向の速度である。
Therefore, the speed moves at v bar (in the text of the description, “−” sign cannot be added on the letter because of electronic application, so it is written as “v bar”) For the movement target signal, a phase difference φ tgt expressed by the following equation (3) is generated between the two SAR images s 1 (τ, η) and s 2 (τ, η).
However, v los is the speed of the line of sight in the moving target.
よって、2つのSAR画像s1(τ,η),s2(τ,η)の間に発生する位相差φtgtから、移動目標における視線方向の速度vlosを下記の式(4)にしたがって推定することができる。
Therefore, from the phase difference φ tgt generated between the two SAR images s 1 (τ, η) and s 2 (τ, η), the velocity v los in the line-of-sight direction at the moving target is determined according to the following equation (4). Can be estimated.
次に、図3を用いて3次元空間で定式化する。
2つのアンテナ1a,1bはy軸方向に並んでおり、その間隔はdである。また、アンテナ1a,1bは、地表面から高度hの高さに存在し、x軸方向に速度Vrで等速度運動をしているものとする。
まず、時刻ηにおけるアンテナ1aの位置p1(η)バー(明細書の文章中では、電子出願の関係上、文字の上に“−”記号を付することができないので、「p1(η)バー」のように表記している)から、η12秒後のアンテナ1bの位置p2(η+η12)バーへ向かう仮想的な基線ベクトルd(η12)バーを下記の式(5)のように定義する。
Next, it is formulated in a three-dimensional space using FIG.
The two
First, the position p 1 (η) bar of the
また、視線方向rlosハット(明細書の文章中では、電子出願の関係上、文字の上に“^”記号を付することができないので、「rlosハット」のように表記している)を表す単位ベクトルを下記の式(6)のように定義する。
In addition, the line-of-sight direction r los hat (in the text of the description, “^” symbol cannot be added on the letter because of the electronic application, so it is expressed as “r los hat”) Is defined as the following equation (6).
式(6)において、θsqはスラント面内のスクイント角であり、レーダ視線方向とクロストラック方向とのなす角である。θnはクロストラック方向と鉛直下向き方向とのなす角である。
ここで、スラント面は、プラットフォームの軌道と目標を含む面であり、クロストラック方向は、プラットフォームの軌道に直交し、かつ、スラント面に含まれる方向である。
スラント面内のスクイント角θsqが大きい場合、θnはビーム中心における入射角θinkの値とは大きく異なることに注意する必要がある。
以下の定式化においては、入射角θinkよりもθnを用いる方が見通しの良い式展開ができるので、以下では専らθnを用いるものとする。
In Equation (6), θ sq is a squint angle in the slant plane, which is an angle formed by the radar line-of-sight direction and the cross track direction. θ n is an angle formed by the cross track direction and the vertically downward direction.
Here, the slant surface is a surface including the trajectory and the target of the platform, and the cross track direction is a direction perpendicular to the trajectory of the platform and included in the slant surface.
It should be noted that when the squint angle θ sq in the slant plane is large, θ n is significantly different from the value of the incident angle θ ink at the beam center.
In the following formulation, it is assumed that θ n is used rather than the incident angle θ ink , so that θ n is exclusively used below because θ n can be developed with better visibility.
3次元問題へ拡張した場合、2次元の場合と大きく異なる点は、基線ベクトルd(η12)バーと視線方向rlosハットが、θn=90degの場合を除いて、一般にはη12の値によらず、一致しないことである。
2次元の場合は、視線方向rlosハットと基線ベクトルd(η12)バーが一致するときのη12が、2つのSAR画像s1(τ,η),s2(τ,η)の間の観測時刻差に相当するが、3次元問題では、一致する条件が存在しないため、代替の条件が必要である。
この場合、基線ベクトルd(η12)バーにおける視線方向rlosハットと直交する成分d⊥(η12)バーが最小となる場合に、2つのSAR画像s1(τ,η),s2(τ,η)が最も一致していると考えられるので、その直交する成分d⊥(η12)バーを最小とするη12を、観測時刻差と見なすのが妥当である。
When extended to a three-dimensional problem, the difference from the two-dimensional case is that the baseline vector d (η 12 ) bar and the line-of-sight direction r los hat are generally values of η 12 except when θ n = 90 deg. Regardless, it does not match.
For 2-dimensional, eta 12 when viewing direction r los hat and baseline vector d (η 12) bars to match, between two SAR images s 1 (τ, η), s 2 (τ, η) However, in the three-dimensional problem, there is no matching condition, so an alternative condition is necessary.
In this case, when the component d ⊥ (η 12 ) bar orthogonal to the line-of-sight direction r los hat in the baseline vector d (η 12 ) bar is minimized, the two SAR images s 1 (τ, η), s 2 ( Since τ, η) are considered to be the most consistent, it is reasonable to regard η 12 that minimizes the orthogonal component d ⊥ (η 12 ) bar as an observation time difference.
このことは、基線ベクトルd(η12)バーにおける視線方向rlosハットからのずれ分が、アロングトラック方向の成分を持たないことを意味している。よって、アロングトラック方向には、同じ位置から観測していることになるため、上記のDPCA方式と同様な処理が成立し、このときの2つのSAR画像s1(τ,η),s2(τ,η)の観測時刻差は、式(10)で与えられるη12に相当する。
また、式(11)は、基線ベクトルd(η12)バーと視線方向rlosハットが最も良く一致している場合でも、2次元の場合と違って、θn=90degの場合を除いて、完全には一致しないことを示している。
基線ベクトルd(η12)バーのy軸成分及びz軸成分は、クラッタ抑圧性能の劣化要因であるが、小さい値に抑えることが可能である。
This means that the deviation from the line-of-sight direction r los hat in the baseline vector d (η 12 ) bar has no component in the along track direction. Therefore, since the observation is performed from the same position in the along track direction, the same processing as the DPCA method is established, and the two SAR images s 1 (τ, η) and s 2 ( The observation time difference of τ, η) corresponds to η 12 given by equation (10).
Further, even when the baseline vector d (η 12 ) bar and the line-of-sight direction r los hat are the best match, the equation (11) is different from the two-dimensional case except for the case of θ n = 90 deg. It indicates that they do not match completely.
The y-axis component and the z-axis component of the baseline vector d (η 12 ) bar are factors that degrade the clutter suppression performance, but can be suppressed to a small value.
なお、基線ベクトルd(η12)バーの視線方向成分の距離d||(η12)バーは、下記の式(12)のように表される。DPCA処理の前に、この距離d||(η12)バーに応じた距離補償と位相補償が必要である。
厳密には、この距離d||(η12)バーはレンジに依存する値であり、地形の影響も受ける値である。
地形が既知であれば、レンジ毎に視線方向rlosハットを求めることができるので、距離d||(η12)バーもレンジ毎に計算することが可能である。
なお、地形が未知である場合は、例えば、特許文献1(特開2010−175330号公報)に開示されている方式によって、2画像の間の干渉画像から地形に起因する位相差を推定し、その位相差によって位相補償を行う等の対策を講じる必要がある。
Note that the distance d || (η 12 ) bar of the line-of-sight direction component of the baseline vector d (η 12 ) bar is expressed as the following equation (12). Before DPCA processing, distance compensation and phase compensation corresponding to this distance d || (η 12 ) bar are necessary.
Strictly speaking, this distance d || (η 12 ) bar is a value depending on the range, and is also a value affected by the terrain.
If the terrain is known, the line-of-sight direction r los hat can be obtained for each range, and the distance d || (η 12 ) bar can also be calculated for each range.
When the topography is unknown, for example, the phase difference caused by the topography is estimated from the interference image between the two images by the method disclosed in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2010-175330). It is necessary to take measures such as phase compensation based on the phase difference.
2つのSAR画像s1(τ,η),s2(τ,η)の間の観測時刻差η12が式(10)で与えられるので、速度vバーで移動する移動目標の信号については、2つのSAR画像s1(τ,η),s2(τ,η)の間で、下記の式(13)に示すような位相差φtgtが発生する。
ただし、vlosは移動目標における視線方向の速度である。
Since the observation time difference η 12 between the two SAR images s 1 (τ, η) and s 2 (τ, η) is given by Equation (10), the signal of the moving target moving at the speed v bar is A phase difference φ tgt as shown in the following equation (13) is generated between the two SAR images s 1 (τ, η) and s 2 (τ, η).
However, v los is the speed of the line of sight in the moving target.
よって、2つのSAR画像s1(τ,η),s2(τ,η)の間に発生する位相差φtgtから、移動目標における視線方向の速度vlosを下記の式(14)にしたがって推定することができる。
Therefore, from the phase difference φ tgt generated between the two SAR images s 1 (τ, η) and s 2 (τ, η), the velocity v los in the line-of-sight direction at the moving target is determined according to the following equation (14). Can be estimated.
次に、合成開口レーダ装置の処理内容を具体的に説明する。
送信機2は、パルス信号を生成し、繰返し周期Δη(繰り返し周波数Fa)で、そのパルス信号を繰り返し送受切換器3に出力する。
送受切換器3は、送信機2からパルス信号を受ける毎に、そのパルス信号をアンテナ1aに出力することで、そのパルス信号を空間に放射させる。
アンテナ1aから空間に放射されたパルス信号は、観測対象である移動目標等に散乱され、そのパルス信号の散乱波の一部がアンテナ1a,1bに入射される。
Next, the processing contents of the synthetic aperture radar apparatus will be specifically described.
The
Each time the transmission /
The pulse signal radiated from the
受信機4aは、アンテナ1aからパルス信号の散乱波が入射されると、その散乱波の受信信号を検波するとともに、その受信信号に対する位相検波処理やA/D変換処理を実施することで、その受信信号の振幅及び位相を示すデジタル受信信号をSAR画像再生部7aに出力する。
受信機4bは、アンテナ1bからパルス信号の散乱波が入射されると、その散乱波の受信信号を検波するとともに、その受信信号に対する位相検波処理やA/D変換処理を実施することで、その受信信号の振幅及び位相を示すデジタル受信信号をSAR画像再生部7bに出力する。
When a scattered wave of a pulse signal is incident from the
When the scattered wave of the pulse signal is incident from the
プラットフォーム運動計測部5は、例えば、プラットフォームに搭載されている位置計測器や速度計などから構成されており、プラットフォームの位置及び速度を計測して、その計測結果をSAR画像再生部7a,7b及びレンジ方向画像レジストレーション部8に出力する。
The platform
SAR画像再生部7aは、受信機4aからデジタル受信信号を受けると、プラットフォーム運動計測部5により計測されたプラットフォームの位置及び速度を用いて、そのデジタル受信信号からSAR画像s1(τ,η)を再生する。
SAR画像再生部7bは、受信機4bからデジタル受信信号を受けると、プラットフォーム運動計測部5により計測されたプラットフォームの位置及び速度を用いて、そのデジタル受信信号からSAR画像s2(τ,η)を再生する。
SAR画像再生部7a,7bによるSAR画像の再生処理は公知の技術であるため詳細な説明を省略する。SAR画像の再生処理は、例えば、上記の非特許文献5に開示されている。
When the SAR
When the SAR
Since the SAR image playback processing by the SAR
レンジ方向画像レジストレーション部8は、SAR画像再生部7a,7bがSAR画像s1(τ,η),s2(τ,η)を再生すると、プラットフォーム運動計測部5により計測されたプラットフォームの速度を用いて、2つのSAR画像s1(τ,η),s2(τ,η)のレンジ方向の位置合わせを行う。
即ち、レンジ方向画像レジストレーション部8は、2つのSAR画像s1(τ,η),s2(τ,η)のずれ量として、上記の式(12)に示している距離d||(η12)バー=dsinθn/cosθsqを算出する。
そして、レンジ方向画像レジストレーション部8は、SAR画像再生部7bにより再生されたSAR画像s2(τ,η)をレンジ方向に、そのずれ量である距離d||(η12)バーだけ移動させることで、2つのSAR画像s1(τ,η),s2(τ,η)のレンジ方向の位置合わせを行う。
ただし、SAR画像s2(τ,η)の移動に伴って、移動分の位相の調整処理も実施する必要である。
この位相の調整処理は、SAR画像再生部7bにより再生されたSAR画像s2(τ,η)を2次元フーリエ変換して空間スペクトル信号S2(fτ,fη)を求め、その空間スペクトル信号S2(fτ,fη)に対して、下記の式(15)のように位相関数を乗算することで実現することができる。
When the SAR
That is, the range direction image registration unit 8 uses the distance d || (shown in the above equation (12) as the shift amount between the two SAR images s 1 (τ, η) and s 2 (τ, η). η 12 ) Bar = dsin θ n / cos θ sq is calculated.
Then, the range direction image registration unit 8 moves the SAR image s 2 (τ, η) reproduced by the SAR
However, with the movement of the SAR image s 2 (τ, η), it is also necessary to perform a phase adjustment process for the movement.
In this phase adjustment process, the SAR image s 2 (τ, η) reproduced by the SAR
ここでは、SAR画像再生部7bにより再生されたSAR画像s2(τ,η)をレンジ方向に移動させることで、2つのSAR画像の位置合わせを実施しており、アジマス方向にはSAR画像s2(τ,η)を移動させていないが、アンテナ1aとアンテナ1bの間で、上記の式(2)に示すような観測時刻差η12が発生している。
レンジ方向画像レジストレーション部8は、位相関数乗算後の空間スペクトル信号S2,reg(fτ,fη)を逆2次元フーリエ変換して、レンジ方向に移動後のSAR画像s2,reg(τ,η)を位相補償部9に出力する。また、SAR画像再生部7aにより再生されたSAR画像s1(τ,η)を位相補償部9に出力する。
Here, the two SAR images are aligned by moving the SAR image s 2 (τ, η) reproduced by the SAR
The range direction image registration unit 8 performs inverse two-dimensional Fourier transform on the spatial spectrum signal S 2, reg (f τ , f η ) after the phase function multiplication, and the SAR image s 2, reg ( τ, η) is output to the phase compensation unit 9. Further, the SAR image s 1 (τ, η) reproduced by the SAR
レンジ方向画像レジストレーション部8から出力されたSAR画像s1(τ,η)とレンジ方向に移動後のSAR画像s2,reg(τ,η)には、受信機4a,4bのゲインの相違などの影響で、振幅や位相にバイアス誤差が乗っている。
そこで、位相補償部9及び振幅補償部10が、SAR画像s1(τ,η)と、レンジ方向に移動後のSAR画像s2,reg(τ,η)との間の比率から、位相と振幅のバイアス誤差を推定して、そのバイアス誤差を補償する。
レンジ方向に移動後のSAR画像s2,reg(τ,η)に対するSAR画像s1(τ,η)の比率の平均値をε12とすると、比率の平均値ε12は、下記の式(16)のように定義される。
The SAR image s 1 (τ, η) output from the range direction image registration unit 8 and the SAR image s 2, reg (τ, η) after moving in the range direction are different in the gains of the
Therefore, the phase compensation unit 9 and the
When the average value of the ratio of the SAR image s 1 (τ, η) to the SAR image s 2, reg (τ, η) after moving in the range direction is ε 12 , the average value ε 12 of the ratio is expressed by the following formula ( 16).
レンジ方向に移動後のSAR画像s2,reg(τ,η)について、位相補償部9は、比率の平均値ε12の位相に相当する成分を補償し、振幅補償部10は、振幅に相当する成分を補償する。
位相補償部9及び振幅補償部10による位相及び振幅の補償処理は、下記の式(17)のように表される。
なお、式(17)に示す位相及び振幅の補償処理は、受信チャネル間の位相差と振幅差を補償する処理である。したがって、比率の平均値ε12を予め校正係数として計測して保存することができる場合には、式(16)によって、観測毎に比率の平均値ε12を推定する必要はない。
振幅補償部10は、SAR画像再生部7aにより再生されたSAR画像s1(τ,η)と、位相及び振幅の補償処理後のSAR画像s2,cal(τ,η)をクラッタ抑圧部11に出力する。
For the SAR image s 2, reg (τ, η) after moving in the range direction, the phase compensation unit 9 compensates a component corresponding to the phase of the average value ε 12 of the ratio, and the
The phase and amplitude compensation processing by the phase compensation unit 9 and the
Note that the phase and amplitude compensation processing shown in Expression (17) is processing for compensating for the phase difference and amplitude difference between the reception channels. Therefore, when the average value ε 12 of the ratio can be measured and stored in advance as a calibration coefficient, it is not necessary to estimate the average value ε 12 of the ratio for each observation according to the equation (16).
The
クラッタ抑圧部11は、振幅補償部10からSAR画像s1(τ,η)と、位相及び振幅の補償処理後のSAR画像s2,cal(τ,η)を受けると、下記の式(18)に示すように、それらのSAR画像の差分sout(τ,η)を算出することで、それらのSAR画像に含まれているクラッタを抑圧し、2つのSAR画像の差分sout(τ,η)をクラッタ抑圧後のSAR画像として移動目標検出・速度推定部12に出力する。
When the
移動目標検出・速度推定部12は、クラッタ抑圧部11からクラッタ抑圧後のSAR画像を受けると、クラッタ抑圧後のSAR画像から移動目標を検出する。
即ち、移動目標検出・速度推定部12は、クラッタ抑圧後のSAR画像に対して、予め設定されている検出用閾値よりも強度が高い信号を検出することによって、目標信号を検出する。目標の検出処理は、広くレーダ信号処理で用いられているいずれかの方法を用いればよいが、例えば、非特許文献1に開示されているCFAR(Constant False Alarm Rate)などを用いるのがよい。
最後に、移動目標検出・速度推定部12は、振幅補償部10から出力されたSAR画像s1(τ,η)と、位相及び振幅の補償処理後のSAR画像s2,cal(τ,η)との位相差φtgtから、上記の式(14)にしたがって移動目標におけるレーダ視線方向の速度vlosを推定する。
When the movement target detection /
That is, the moving target detection /
Finally, the moving target detection /
以上で明らかなように、この実施の形態1によれば、レンジ方向画像レジストレーション部8が、プラットフォーム運動計測部5により計測されたプラットフォームの速度を用いて、SAR画像再生部7a,7bにより再生されたSAR画像s1(τ,η),s2(τ,η)のレンジ方向の位置合わせを行うように構成したので、進行方向に対して直角で、かつ、水平方向に並んでいる複数のアンテナ開口を用いる場合でも、信号対雑音電力比が低い移動目標を検出することができる効果を奏する。
即ち、進行方向に直交する方向に配置している2つのアンテナ開口を用いて観測された信号に対して、合成開口処理を行って2つのSAR画像を観測し、2つのSAR画像をレンジ方向にレジストレーションすることによって、2つのSAR画像の位置合わせを実施し、位相と振幅の調整を行った上で、2つのSAR画像の差分を計算することでクラッタを抑圧するため、クラッタのドップラー帯域幅が広い場合の信号対雑音電力比の低い低速移動目標の検出性能及び速度推定性能が向上する。
As is apparent from the above, according to the first embodiment, the range direction image registration unit 8 uses the platform speed measured by the platform
That is, synthetic aperture processing is performed on a signal observed using two antenna apertures arranged in a direction orthogonal to the traveling direction, two SAR images are observed, and the two SAR images are set in the range direction. By registering the two SAR images, adjusting the phase and amplitude, and then calculating the difference between the two SAR images to suppress the clutter, the Doppler bandwidth of the clutter The detection performance and speed estimation performance of a low-speed moving target with a low signal-to-noise power ratio when the signal is wide are improved.
実施の形態2.
図5はこの発明の実施の形態2による合成開口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。
オートフォーカス処理部21は受信機4a,4bより出力されたデジタル受信信号からプラットフォームの位置及び速度を推定し、その推定結果を用いて、SAR画像再生部7a,7bにより再生された2つのSAR画像の焦点を合わせるオートフォーカス処理を実施する。なお、オートフォーカス処理部21はオートフォーカス手段を構成している。
5 is a block diagram showing a synthetic aperture radar apparatus according to
The
レンジ・アジマス方向画像レジストレーション部22はオートフォーカス処理部21によるオートフォーカス処理後の2つのSAR画像における相関関数のピーク位置を特定し、その相関関数のピーク位置を用いて、2つのSAR画像の位置合わせを行う。なお、レンジ・アジマス方向画像レジストレーション部22は位置合わせ手段を構成している。
地形考慮型位相補償部23はレンジ・アジマス方向画像レジストレーション部22により位置合わせが行われた2つのSAR画像の間に、地形の影響で発生している位相差を推定して、その位相差を補償する補償処理を実施する。なお、地形考慮型位相補償部23は補償手段を構成している。
The range / azimuth direction
The terrain-considered
図5の例では、合成開口レーダ装置の構成要素であるアンテナ1a,1b、送信機2、送受切換器3、受信機4a,4b、プラットフォーム運動計測部5及びレーダ信号処理部6のそれぞれが専用のハードウェアで構成されているものを想定しているが、合成開口レーダ装置の一部(例えば、レーダ信号処理部6)がコンピュータで構成されていてもよい。
合成開口レーダ装置の一部(例えば、レーダ信号処理部6)をコンピュータで構成する場合、SAR画像再生部7a,7b、オートフォーカス処理部21、レンジ・アジマス方向画像レジストレーション部22、地形考慮型位相補償部23、振幅補償部10、クラッタ抑圧部11及び移動目標検出・速度推定部12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。
In the example of FIG. 5, the
When a part of the synthetic aperture radar apparatus (for example, the radar signal processing unit 6) is configured by a computer, the SAR
次に動作について説明する。
プラットフォーム運動計測部5では、プラットフォームの位置及び速度を計測しているが、この計測結果には、一般的に一定の誤差が含まれている。
SAR画像再生部7a,7bは、一定の誤差が含まれているプラットフォーム運動計測部5の計測結果を用いて、受信機4a,4bより出力されたデジタル受信信号からSAR画像s1(τ,η),s2(τ,η)を再生するため、そのSAR画像s1(τ,η),s2(τ,η)がぼけてしまう現象が少なからず発生する。
Next, the operation will be described.
The platform
The SAR
そこで、オートフォーカス処理部21は、受信機4a,4bより出力されたデジタル受信信号からプラットフォームの位置及び速度を推定し、その推定結果を用いて、SAR画像再生部7a,7bにより再生された2つのSAR画像の焦点を自動的に合わせるオートフォーカス処理を実施する。SAR画像の焦点を合わせることで、SAR画像が結像されるため、ボケが抑えられた画像が得られる。
なお、オートフォーカス処理は公知の技術であるため詳細な説明を省略するが、オートフォーカス処理は、例えば、以下の非特許文献6に開示されている。
[非特許文献6]
大内和夫著「リモートセンシングのための合成開口レーダの基礎」東京電機大学出版局
Therefore, the
Note that the autofocus process is a known technique and will not be described in detail, but the autofocus process is disclosed in
[Non-Patent Document 6]
Kazuo Ouchi “Synthetic Aperture Radar for Remote Sensing” Tokyo Denki University Press
レンジ・アジマス方向画像レジストレーション部22は、オートフォーカス処理部21によるオートフォーカス処理後の2つのSAR画像s1(τ,η),s2(τ,η)を受けると、下記の式(19)に示すように、そのSAR画像s1(τ,η)とSAR画像s2(τ,η)の相互相関関数C(Δτ,Δη)を求める。
When the two SAR images s 1 (τ, η) and s 2 (τ, η) after the autofocus processing by the
レンジ・アジマス方向画像レジストレーション部22は、SAR画像s1(τ,η)とSAR画像s2(τ,η)の相互相関関数C(Δτ,Δη)を求めると、その相互相関関数C(Δτ,Δη)のピーク位置を特定する。
相互相関関数C(Δτ,Δη)のピーク位置は、下記の式(20)に示すように、相互相関関数C(Δτ,Δη)の絶対値の最大を与える(Δτ,Δη)の組で与えられる。
When the range / azimuth direction
The peak position of the cross-correlation function C (Δτ, Δη) is given by a set of (Δτ, Δη) that gives the maximum absolute value of the cross-correlation function C (Δτ, Δη) as shown in the following equation (20). It is done.
レンジ・アジマス方向画像レジストレーション部22は、相互相関関数C(Δτ,Δη)のピーク位置を特定すると、その相互相関関数C(Δτ,Δη)のピーク位置を用いて、SAR画像s1(τ,η)に対するSAR画像s2(τ,η)のレンジ方向のずれ量τ1と、SAR画像s1(τ,η)に対するSAR画像s2(τ,η)のアジマス方向のずれ量η1とを算出する。
なお、式(20)によって算出された(Δτ,Δη)の組がレンジ方向のずれ量τ1とアジマス方向のずれ量η1に相当する。
When the range / azimuth direction
The set of (Δτ, Δη) calculated by the equation (20) corresponds to the shift amount τ1 in the range direction and the shift amount η1 in the azimuth direction.
レンジ・アジマス方向画像レジストレーション部22は、レンジ方向のずれ量τ1とアジマス方向のずれ量η1を算出すると、そのSAR画像s2(τ,η)をレンジ方向にずれ量τ1だけ移動させるとともに、そのSAR画像s2(τ,η)をアジマス方向にずれ量η1だけ移動させることで、2つのSAR画像s1(τ,η),s2(τ,η)の位置合わせを行う。
レンジ・アジマス方向画像レジストレーション部22は、オートフォーカス処理部21によるオートフォーカス処理後のSAR画像s1(τ,η)と、レンジ方向及びアジマス方向に移動後のSAR画像s2,reg(τ,η)を地形考慮型位相補償部23に出力する。
The range / azimuth direction
The range / azimuth direction
上記実施の形態1では無視しているが、アンテナ開口間を結ぶ基線が、クロストラック方向の成分を持つため、レジストレーション後のSAR画像間には、地形の影響による位相差が発生している。
そこで、地形考慮型位相補償部23は、レンジ・アジマス方向画像レジストレーション部22からSAR画像s1(τ,η)と、レンジ方向及びアジマス方向に移動後のSAR画像s2,reg(τ,η)とを受けると、そのSAR画像s1(τ,η)とSAR画像s2,reg(τ,η)の間に、地形の影響で発生している位相差を推定して、その位相差を補償する補償処理を実施する。
この位相差を補償する補償処理は公知の技術であるため詳細な説明を省略するが、この位相差を補償する補償処理は、例えば、上記の特許文献1に開示されている。
Although ignored in the first embodiment, the base line connecting the antenna openings has a component in the cross-track direction, so that a phase difference due to the topography is generated between the SAR images after registration. .
Therefore, the terrain-considered
Since the compensation process for compensating for the phase difference is a known technique, a detailed description thereof will be omitted, but the compensation process for compensating for the phase difference is disclosed in, for example, Patent Document 1 described above.
以上で明らかなように、この実施の形態2によれば、オートフォーカス処理部21が、受信機4a,4bより出力されたデジタル受信信号からプラットフォームの位置及び速度を推定し、その推定結果を用いて、SAR画像再生部7a,7bにより再生された2つのSAR画像の焦点を自動的に合わせるオートフォーカス処理を実施するように構成したので、一定の誤差が含まれているプラットフォーム運動計測部5の計測結果を用いることで、ボケが生じているSAR画像s1(τ,η),s2(τ,η)のボケを抑えることができる効果を奏する。
As is apparent from the above, according to the second embodiment, the
また、この実施の形態2によれば、レンジ・アジマス方向画像レジストレーション部22が、オートフォーカス処理部21によるオートフォーカス処理後の2つのSAR画像s1(τ,η),s2(τ,η)における相関関数のピーク位置を特定し、その相関関数のピーク位置を用いて、2つのSAR画像の位置合わせを行うように構成したので、プラットフォーム運動計測部5の計測結果に含まれている誤差に起因するクラッタの消え残りを低減することができる効果を奏する。
Further, according to the second embodiment, the range / azimuth direction
さらに、この実施の形態2によれば、地形考慮型位相補償部23が、SAR画像s1(τ,η)とSAR画像s2,reg(τ,η)の間に、地形の影響で発生している位相差を推定して、その位相差を補償するように構成したので、地形に起因する位相差の影響を低減することができる効果を奏する。
Furthermore, according to the second embodiment, the terrain-considered
この実施の形態2の合成開口レーダ装置は、オートフォーカス処理部21を搭載しているが、上記実施の形態1の合成開口レーダ装置(図1の合成開口レーダ装置)が、SAR画像再生部7a,7bとレンジ方向画像レジストレーション部8の間に、オートフォーカス処理部21を搭載するようにしてもよい。
The synthetic aperture radar apparatus of the second embodiment is equipped with the
また、この実施の形態2の合成開口レーダ装置は、地形考慮型位相補償部23を搭載しているが、上記実施の形態1の合成開口レーダ装置(図1の合成開口レーダ装置)が、位相補償部9を搭載する代わりに、地形考慮型位相補償部23を搭載するようにしてもよい。
Further, the synthetic aperture radar apparatus of the second embodiment is equipped with the terrain-considered
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。 In the present invention, within the scope of the invention, any combination of the embodiments, or any modification of any component in each embodiment, or omission of any component in each embodiment is possible. .
1a,1b アンテナ、2 送信機(送信手段)、3 送受切換器、4a,4b 受信機(受信手段)、5 プラットフォーム運動計測部(計測手段)、6 レーダ信号処理部、7a,7b SAR画像再生部(レーダ画像再生手段)、8 レンジ方向画像レジストレーション部(位置合わせ手段)、9 位相補償部(補償手段)、10 振幅補償部(補償手段)、11 クラッタ抑圧部(クラッタ抑圧手段)、12 移動目標検出・速度推定部(移動目標検出手段)、21 オートフォーカス処理部(オートフォーカス手段)、22 レンジ・アジマス方向画像レジストレーション部(位置合わせ手段)、23 地形考慮型位相補償部(補償手段)。 1a, 1b Antenna, 2 Transmitter (transmission means), 3 Transmission / reception switch, 4a, 4b Receiver (reception means), 5 Platform motion measurement section (measurement means), 6 Radar signal processing section, 7a, 7b SAR image reproduction Part (radar image reproduction means), 8 range direction image registration part (positioning means), 9 phase compensation part (compensation means), 10 amplitude compensation part (compensation means), 11 clutter suppression part (clutter suppression means), 12 Moving target detection / speed estimation unit (moving target detection unit), 21 Autofocus processing unit (autofocus unit), 22 Range / azimuth direction image registration unit (positioning unit), 23 Topography-considered phase compensation unit (compensation unit) ).
Claims (6)
プラットフォームの進行方向と直交する方向に並んでいる複数のアンテナと、
前記送信手段から放射されたのち、観測対象によって散乱された前記パルス信号の散乱波が前記複数のアンテナに入射されると、前記複数のアンテナに入射された散乱波の受信信号を検波する受信手段と、
前記プラットフォームの位置及び速度を計測する計測手段と、
前記計測手段により計測された位置及び速度を用いて、前記受信手段により検波された複数の受信信号から合成開口レーダ画像をそれぞれ再生するレーダ画像再生手段と、
前記計測手段により計測された速度を用いて、前記レーダ画像再生手段により再生された複数の合成開口レーダ画像を、アジマス方向に移動させず、レンジ方向の位置合わせを行う位置合わせ手段と、
前記位置合わせ手段により位置合わせが行われた複数の合成開口レーダ画像に含まれているクラッタを抑圧するクラッタ抑圧手段と、
前記クラッタ抑圧手段によりクラッタが抑圧された合成開口レーダ画像から移動目標を検出する移動目標検出手段と
を備えた合成開口レーダ装置。 Transmitting means for emitting a pulse signal to space;
A plurality of antennas arranged in a direction perpendicular to the direction of travel of the platform;
Receiving means for detecting received signals of the scattered waves incident on the plurality of antennas when the scattered waves of the pulse signals scattered by the observation target after being radiated from the transmitting means are incident on the plurality of antennas. When,
Measuring means for measuring the position and velocity of the platform;
Radar image reproduction means for reproducing a synthetic aperture radar image from a plurality of received signals detected by the reception means using the position and velocity measured by the measurement means;
A positioning unit that performs positioning in the range direction without moving the plurality of synthetic aperture radar images reproduced by the radar image reproducing unit in the azimuth direction using the speed measured by the measuring unit;
Clutter suppression means for suppressing clutter contained in a plurality of synthetic aperture radar images aligned by the alignment means;
A synthetic aperture radar apparatus comprising: a moving target detection unit that detects a moving target from a synthetic aperture radar image in which clutter is suppressed by the clutter suppression unit.
プラットフォームの進行方向と直交する方向に並んでいる複数のアンテナと、
前記送信手段から放射されたのち、観測対象によって散乱された前記パルス信号の散乱波が前記複数のアンテナに入射されると、前記複数のアンテナに入射された散乱波の受信信号を検波する受信手段と、
前記プラットフォームの位置及び速度を計測する計測手段と、
前記計測手段により計測された位置及び速度を用いて、前記受信手段により検波された複数の受信信号から合成開口レーダ画像をそれぞれ再生するレーダ画像再生手段と、
前記レーダ画像再生手段により再生された複数の合成開口レーダ画像における相関関数のピーク位置を特定し、前記相関関数のピーク位置を用いて、前記複数の合成開口レーダ画像の位置合わせを行う位置合わせ手段と、
前記位置合わせ手段により位置合わせが行われた複数の合成開口レーダ画像に含まれているクラッタを抑圧するクラッタ抑圧手段と、
前記クラッタ抑圧手段によりクラッタが抑圧された合成開口レーダ画像から移動目標を検出する移動目標検出手段と
を備えた合成開口レーダ装置。 Transmitting means for emitting a pulse signal to space;
A plurality of antennas arranged in a direction perpendicular to the direction of travel of the platform;
Receiving means for detecting received signals of the scattered waves incident on the plurality of antennas when the scattered waves of the pulse signals scattered by the observation target after being radiated from the transmitting means are incident on the plurality of antennas. When,
Measuring means for measuring the position and velocity of the platform;
Radar image reproduction means for reproducing a synthetic aperture radar image from a plurality of received signals detected by the reception means using the position and velocity measured by the measurement means;
Positioning means for identifying peak positions of correlation functions in a plurality of synthetic aperture radar images reproduced by the radar image reproducing means and aligning the plurality of synthetic aperture radar images using the peak positions of the correlation functions When,
Clutter suppression means for suppressing clutter contained in a plurality of synthetic aperture radar images aligned by the alignment means;
A synthetic aperture radar apparatus comprising: a moving target detection unit that detects a moving target from a synthetic aperture radar image in which clutter is suppressed by the clutter suppression unit.
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