JP7366582B2

JP7366582B2 - Ｉｓａｒレーダ装置及びｉｓａｒレーダ信号処理方法

Info

Publication number: JP7366582B2
Application number: JP2019086035A
Authority: JP
Inventors: 智士白井; 成三上
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Infrastructure Systems and Solutions Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Infrastructure Systems and Solutions Corp
Priority date: 2019-04-26
Filing date: 2019-04-26
Publication date: 2023-10-23
Anticipated expiration: 2039-04-26
Also published as: JP2020180947A

Description

本実施形態は、ＩＳＡＲレーダ装置及びＩＳＡＲレーダ信号処理方法に関する。

航空機搭載のレーダ装置にあっては、画像により目標を識別する方法として、目標の重心等をレンジ及びドップラの両軸で追跡して画像の中心を特定し、レンジ－ドップラ軸で目標を画像化するＩＳＡＲ（Inverse Synthetic Aperture Radar：逆合成開口レーダ）処理が知られている。

このＩＳＡＲ処理を行うＩＳＡＲレーダ装置では、自機移動による位相変動を補正した上で、対象となる船舶の回転方向の位相変化のみ抽出することで、視認性の高い画像を得ることができる。しかしながら、従来では、全レンジのデータを使って位相変動の補正に係る計算を行っているため、クラッタが船舶の近距離にある場合など、クラッタの影響で位相補正の誤差が大きくなる。このことから、クラッタの強い環境下では、船舶の位相抽出における誤差成分が大きくなってしまい、画像の識別が極めて困難になっていた。

特開２０１０－１６４３９３号公報

以上述べたように、従来のＩＳＡＲレーダ装置では、クラッタの強い環境下において、船舶の位相抽出における誤差成分が大きく、画像の識別が極めて困難であった。
本実施形態は上記課題に鑑みなされたもので、クラッタの強い環境下であっても、船舶の位相抽出における誤差成分を低減することができ、画像の識別精度を向上させることのできるＩＳＡＲレーダ装置及びＩＳＡＲレーダ信号処理方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本実施形態に係るＩＳＡＲレーダ装置は、レーダ受信信号から目標の相対速度を推定し、推定された相対速度に基づいて前記レーダ受信信号のパルス間の位相のずれを補正し、補正結果からＩＳＡＲ画像を生成する。相対速度は、前記レーダ受信信号を入力し、レンジ方向に分割した複数のレンジ範囲それぞれでレンジセルの振幅レベルを合算し、合算された振幅レベルが閾値を超えたか否かを判定し、クラッタ部分が抑圧されるように予め調整されている閾値を超えたレンジ範囲のみ補正の対象として特定し、特定範囲についてパルス間の位相差を検出し、検出されたパルス間の位相差から前記相対速度を推定し、前記閾値をクラッタ部分が抑圧されるように調整する。

実施形態に係るＩＳＡＲレーダ装置の構成を示すブロック図。実施形態において、図１に示す速度推定部の処理の流れを示すフローチャート。実施形態において、図１に示す装置の処理の様子を示す概念図。

以下、実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は本実施形態に係るＩＳＡＲレーダ装置の構成を示すブロック図である。図１において、入力のＩＱデータは、レーダ受信装置で捕捉されたパルス圧縮レーダ信号をドップラ－レンジ軸に分解したデータである。このＩＱデータは速度推定部１１及びレンジ補正部１２に送られる。

速度推定部１１は、レーダ受信データから取得されるパルス間位相差を用いて目標の相対速度を推定する。レンジ補正部１２は、速度推定部１１で推定された相対速度に基づいてレンジ誤差を補正する。レンジ補正部１２の出力は位相補正部１３に送られる。位相補正部１３は、レンジ誤差補正出力について、速度推定部１１で推定された相対速度に基づいてパルス間の位相ずれを補正する。

レンジ補正部１２、位相補正部１３でレンジ誤差、位相誤差を補正されたＩＱデータは、パルス軸ＦＦＴ処理部１４に送られる。パルス軸ＦＦＴ処理部１４は、パルス軸成分のＩＱデータを周波数領域のデータに変換する。周波数領域に変換されたデータは、後処理部１５に送られる。後処理部１５は、入力データをドップラ－レンジ軸にプロットする。これにより、ＩＳＡＲ画像が得られる。

上記構成において、速度推定部１１の処理の流れを図２に示す。
速度推定部１１は、受信パルスのＩＱデータを入力すると（ステップＳ１）、レンジ方向に分割した複数のレンジ範囲それぞれでレンジセルの振幅レベルを合算し（ステップＳ２）、その合算された振幅レベルが閾値を超えたか否かを判定し（ステップＳ３）、閾値を超えない場合は補正不要として次の入力を待機し、閾値を超えた場合はそのレンジ範囲のみ補正の対象として特定する（ステップＳ４）、その特定範囲についてパルス間の位相差を検出し（ステップＳ５）、検出したパルス間の位相差から目標の相対速度を求める（ステップＳ６）。

上記目標相対速度の推定結果に基づくＩＳＡＲ画像作成の様子を図３に示す。図３において、横軸はレンジ軸、縦軸はドップラ軸を示しており、図中中央に船舶のＩＳＡＲ画像（以下、船舶画像）、その両側にクラッタのＩＳＡＲ画像（以下、クラッタ画像）が示されている。本実施形態では、船舶画像を抽出し、クラッタ画像を抑圧するため、レンジ範囲を７分割し、個々の分割範囲内でレンジセルの振幅レベルを合算する。この場合、固体である船舶画像部分は振幅レベルが高いため、その合算値が閾値を超える。一方、クラッタ画像部分は振幅レベルが比較的低いという特徴がある。そこで、各分割レンジ範囲で振幅合算値を求め、比較することで、船舶部分とクラッタ部分とを区別することが可能となる。図中、×印がクラッタを含む不要部分、○印が目標とする船舶部分を示している。

以上のように、本実施形態に係るＩＳＡＲレーダ装置は、振幅レベルが閾値を超える範囲を目標の船舶が存在すると想定される範囲として特定する。この際、クラッタ部分も、強い反射ではないが振幅レベルが上がるため、閾値を調整してクラッタ部分が抑圧されるようにしておく。これにより、ＩＳＡＲ画像からクラッタ成分が抑圧され、クラッタの強い環境下であっても、船舶の位相抽出における誤差成分を精度よく補正することができ、良好なＩＳＡＲ画像が得られるようになる。

上述したように本実施形態のＩＳＡＲレーダ装置は、クラッタの強い環境下であっても、船舶の位相抽出における誤差成分を低減することができ、画像の識別精度を向上させることができる。
なお、本発明は上記実施形態をそのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１１…速度推定部、１２…レンジ補正部、１３…位相補正部、１４…レンジ軸ＦＦＴ処理部、１５…後処理部。

Claims

レーダ受信信号から目標の相対速度を推定する相対速度推定部と、
前記相対速度推定部で推定された相対速度に基づいて前記レーダ受信信号のパルス間の位相のずれを補正する位相補正部と、
前記位相補正部の補正結果からＩＳＡＲ（Inverse Synthetic Aperture Radar：逆合成開口レーダ）画像を生成する画像生成部と
を具備し、
前記相対速度推定部は、
前記レーダ受信信号を入力し、
レンジ方向に分割した複数のレンジ範囲それぞれでレンジセルの振幅レベルを合算し、
合算された振幅レベルが閾値を超えたか否かを判定し、
クラッタ部分が抑圧されるように予め調整されている閾値を超えたレンジ範囲のみ補正の対象として特定し、
特定範囲についてパルス間の位相差を検出し、
検出されたパルス間の位相差から前記相対速度を推定する
ＩＳＡＲレーダ装置。
レーダ受信信号から目標の相対速度を推定し、
推定された相対速度に基づいて前記レーダ受信信号のパルス間の位相のずれを補正し、
補正結果からＩＳＡＲ（Inverse Synthetic Aperture Radar：逆合成開口レーダ）画像を生成するＩＳＡＲレーダ信号処理方法において、
前記レーダ受信信号を入力し、
レンジ方向に分割した複数のレンジ範囲それぞれでレンジセルの振幅レベルを合算し、
合算された振幅レベルが閾値を超えたか否かを判定し、
クラッタ部分が抑圧されるように予め調整されている閾値を超えたレンジ範囲のみ補正の対象として特定し、
特定範囲についてパルス間の位相差を検出し、
検出されたパルス間の位相差から前記相対速度を推定する
ＩＳＡＲレーダ信号処理方法。