(57)【要約】【課題】目標検出精度を向上させることができる目標検出装置を得る。【解決手段】赤外線カメラ８の画像データを温度領域毎に分割し、レーザ測距器９の距離から各温度領域の角度と距離を求める画像処理器１０と、互いに直交する偏波特性を有する二つのアンテナ１、２のうち、送信ではいずれか一方、受信では双方を駆動させ、観測対象のレーダ信号を収集する偏波切替器３と、レーダ信号を分解能セル毎に散乱ベクトルとして格納する観測散乱ベクトル蓄積器７と、求めた温度領域毎の角度と距離を用いて、対応する散乱ベクトルの分解能セルを抽出し、散乱ベクトルを温度領域毎に分割するレーダ信号分割器１１と、温度領域毎に分割された散乱ベクトルからフィルタの生成を行い、フィルタを温度領域内の各分解能セルに適用処理を行い、温度領域毎に電力を出力するノッチフィルタ回路１２と、電力を閾値と比較して目標とクラッタの判別を行う閾値回路１３とを設けた。【選択図】図１
2010175383.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外線を照射して観測対象の画像データを取得する赤外線カメラと、
前記観測対象の距離を測定するレーザ測距器と、
前記赤外線カメラにより取得した画像データを温度領域毎に分割し、前記レーザ測距器により測距された距離から温度領域毎に複数点の距離を求め、各温度領域の角度と距離を求める画像処理器と、
互いに直交する偏波特性を有する第１及び第２のアンテナと、
前記第１及び第２のアンテナのうち、送信においてはいずれか一方、受信においては双方を駆動させ、観測対象のレーダ信号を収集する偏波切替器と、
前記レーダ信号を観測対象に関する分解能セル毎に散乱ベクトルとして格納する観測散乱ベクトル蓄積器と、
前記画像処理器により求めた温度領域毎の角度と距離を用いて、前記観測散乱ベクトル蓄積器から対応する散乱ベクトルの分解能セルを抽出し、レーダ信号である散乱ベクトルを温度領域毎に分割するレーダ信号分割器と、
前記レーダ信号分割器により温度領域毎に分割された散乱ベクトルから、温度領域毎にフィルタの生成を行い、温度領域毎に生成したフィルタを温度領域内の各分解能セルに適用処理を行い、温度領域毎に電力を出力する適応型ポラリメトリックノッチフィルタ回路と、
前記電力を予め設定した閾値と比較して目標とクラッタの判別を行う閾値回路と
を備えたことを特徴とする目標検出装置。
【請求項２】
送受信を切り替える送受切替器と、
広帯域パルスを生成し、前記送受切替器を介して前記偏波切替器に送る送信機と、
前記偏波切替器から前記送受切替器を介して送られてきたレーダ信号を復調する受信機と、
前記閾値回路により目標と判定された分解能セルの位置を出力する表示器とをさらに備えた
ことを特徴とする請求項１記載の目標検出装置。
【請求項３】
分割する条件を入力する分割条件入力器をさらに備え、
前記画像処理器は、前記分割条件入力器により入力された分割する条件に基づき、前記赤外線カメラにより取得した画像データを領域毎に分割する
ことを特徴とする請求項１又は２記載の目標検出装置。
【請求項４】
３次元の自己位置を測定する自己位置測定器と、
観測対象の３次元の地形データを含む地図データとさらに備え、
前記画像処理器は、前記自己位置測定器により測定した自己位置に基づき前記地図データから観測対象の地形データを取得し、この地形データを前記赤外線カメラにより取得した画像データと照合して前記地形データを補正し、補正した観測対象の地形データを領域毎に分割する
ことを特徴とする請求項１又は２記載の目標検出装置。
【請求項５】
赤外線カメラにより赤外線を照射して観測対象の画像データを取得するステップと、
前記赤外線カメラにより取得した画像データを温度領域毎に分割し、レーザ測距器により測距された距離から温度領域毎に複数点の距離を求め、各温度領域の角度と距離を求めるステップと、
前記赤外線カメラによる観測と同時に、互いに直交する偏波特性を有する第１及び第２のアンテナのうち、送信においてはいずれか一方、受信においては双方を駆動させ、観測対象のレーダ信号を収集するステップと、
前記レーダ信号を観測対象に関する分解能セル毎に散乱ベクトルとして格納するステップと、
求めた温度領域毎の角度と距離を用いて、格納された散乱ベクトルから対応する散乱ベクトルの分解能セルを抽出し、レーダ信号である散乱ベクトルを温度領域毎に分割するステップと、
温度領域毎に分割された散乱ベクトルから、温度領域毎にフィルタの生成を行い、温度領域毎に生成したフィルタを温度領域内の各分解能セルに適用処理を行い、温度領域毎に電力を出力するステップと、
前記電力を予め設定した閾値と比較して目標とクラッタの判別を行うステップと
を含むことを特徴とする目標検出方法。
【請求項６】
前記赤外線カメラにより取得した画像データを温度領域毎に分割し、レーザ測距器により測距された距離から温度領域毎に複数点の距離を求め、各温度領域の角度と距離を求めるステップの代わりに、
分割条件入力器により入力された分割する条件に基づき、前記赤外線カメラにより取得した画像データを領域毎に分割し、レーザ測距器により測距された距離から領域毎に複数点の距離を求め、各領域の角度と距離を求めるステップを含む
ことを特徴とする請求項５記載の目標検出方法。
【請求項７】
前記赤外線カメラにより取得した画像データを温度領域毎に分割し、レーザ測距器により測距された距離から温度領域毎に複数点の距離を求め、各温度領域の角度と距離を求めるステップの代わりに、
自己位置測定器により測定した自己位置に基づき地図データから観測対象の地形データを取得し、この地形データを前記赤外線カメラにより取得した画像データと照合して前記地形データを補正し、補正した観測対象の地形データを領域毎に分割し、レーザ測距器により測距された距離から領域毎に複数点の距離を求め、各領域の角度と距離を求めるステップを含む
ことを特徴とする請求項５記載の目標検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、レーダ装置の分野に関し、特に、偏波の情報を用いて目標を検出する目標検出装置及び目標検出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
航空機に搭載したレーダ装置では、上空から電波を送受信することによって地表面や海面付近の観測を行い、地表面や海面付近に存在する小目標の検出を行う。なお、ここで言う、小目標とは電波の反射強度の小さい目標のことを意味しており、その物理的な大きさが小さい目標とは限らない。この種のレーダ装置で地表面や海面付近を観測すると、一般に地表面や海面からの強いエコーが受信される。それぞれ「グラウンドクラッタ」や、「シークラッタ」と呼ぶ。また、本明細書では、グラウンドクラッタやシークラッタのように背景からのエコーを、総称して単に「クラッタ」と呼ぶ。従って、地表面や海面付近に存在する目標からのエコーを受信レーダ信号の中から検出するためには、予めクラッタを抑圧することが必要となる。なお、目標からのエコーを「目標信号」と呼ぶ。
【０００３】
従来のレーダ装置におけるクラッタ抑圧技術には、目標信号とクラッタのドップラー周波数差を利用してクラッタを抑圧するＭＴＩ（Moving Target Indicator）と呼ばれる技術がある（例えば、非特許文献１参照）。これは、小目標として、車両や船舶のように移動するものを想定して、背景と目標の速度差に基づいてクラッタと目標信号を判別し、クラッタを抑圧する方法である。
【０００４】
また、静止目標を検出するためのクラッタ抑圧方法としては、目標と背景の偏波特性の相違に着目してクラッタを抑圧し、目標を検出する方法がある（例えば、非特許文献２参照）。この方法は、互いに直交する２つの偏波（例えば、水平偏波（Ｈ偏波）と垂直偏波（Ｖ偏波））の組み合わせで電波を送受信して、背景と目標の偏波特性を計測し、受信信号の中でクラッタの偏波特性に相当する部分を抑圧するというものである。
【０００５】
後者の方法の一例として適応型ノッチフィルタがある（例えば、特許文献１参照）。適応型ノッチフィルタを用いた目標検出装置は、第一偏波送受信アンテナ、第二偏波送受信アンテナ、偏波切替器、送受切替器、受信機、送信機、観測散乱ベクトル蓄積器、適応型ポラリメトリックノッチフィルタ回路、閾値回路及び表示器により構成される。
【０００６】
次に、従来の適応型ノッチフィルタの動作について説明する。第一偏波送受信アンテナ、第二偏波送受信アンテナを送信においてはいずれか一方、受信においては双方を駆動させ、観測対象に対して４種類のレーダ信号を収集する。レーダ信号を観測散乱ベクトル蓄積器に分解能セルｋ（ｋ＝１，２，・・・，Ｋ：Ｋは分解能セル数）毎に散乱ベクトルＸｋとして格納する。散乱ベクトルとは、４種類のレーダ信号を、それぞれ列行列の１つの成分としたもので、散乱特性を表すベクトルという意味で“散乱ベクトル”（scattering vector）と呼ぶ。この適応型ノッチフィルタでは、クラッタと考えられる分解能セルの散乱ベクトルを利用して、フィルタ係数を生成する。
【０００７】
フィルタ係数の作成方法は、まずクラッタと考えられる分解能セルを参照セルとし、散乱ベクトルから共分散行列を算出する。この共分散行列の固有値解析を行って、最も電力の大きい主成分についてはその電力を抑圧し、それ以外の成分については平均電力で正規化された電力を出力する適応型ポラリメトリックノッチフィルタのフィルタ係数を生成する。作成したフィルタを各分解能セルに適応し、クラッタの抑圧を行う。フィルタの出力信号を設定したある閾値と比較して、静止目標の検出を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−１８５７３３号公報（第２頁、図１）
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】M. I. Skolnik, “Introduction to Radar Systems,” Second Edition, McGraw-Hill, 1980
【非特許文献２】L. M. Novak, M.C. Burl, W.W. Irving, “Optimal polarimetric processing for enhanced target detection,” IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, Vol. 29, No. 1, pp.234-244, Jan. 1993
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。まず、参照セルの選び方によってクラッタ成分の抑圧効果が異なる。また、複数種類のクラッタがある場合（例えば、水と土のクラッタがある場合やアスファルトと土がある場合）、一種類のクラッタ成分、もしくは複数種類のクラッタが混ざった成分より、フィルタを形成する。このため、クラッタ成分の抑圧効果が低下する。
【００１１】
本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、光学センサを用いてクラッタの種類毎にクラッタ成分の抑圧を行い、クラッタの種類毎にクラッタ成分の抑圧を行うことで、クラッタ成分の抑圧効果を高め、目標検出精度を向上させることができる目標検出装置及び目標検出方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る目標検出装置は、赤外線を照射して観測対象の画像データを取得する赤外線カメラと、前記観測対象の距離を測定するレーザ測距器と、前記赤外線カメラにより取得した画像データを温度領域毎に分割し、前記レーザ測距器により測距された距離から温度領域毎に複数点の距離を求め、各温度領域の角度と距離を求める画像処理器と、互いに直交する偏波特性を有する第１及び第２のアンテナと、前記第１及び第２のアンテナのうち、送信においてはいずれか一方、受信においては双方を駆動させ、観測対象のレーダ信号を収集する偏波切替器と、前記レーダ信号を観測対象に関する分解能セル毎に散乱ベクトルとして格納する観測散乱ベクトル蓄積器と、前記画像処理器により求めた温度領域毎の角度と距離を用いて、前記観測散乱ベクトル蓄積器から対応する散乱ベクトルの分解能セルを抽出し、レーダ信号である散乱ベクトルを温度領域毎に分割するレーダ信号分割器と、前記レーダ信号分割器により温度領域毎に分割された散乱ベクトルから、温度領域毎にフィルタの生成を行い、温度領域毎に生成したフィルタを温度領域内の各分解能セルに適用処理を行い、温度領域毎に電力を出力する適応型ポラリメトリックノッチフィルタ回路と、前記電力を予め設定した閾値と比較して目標とクラッタの判別を行う閾値回路とを備えるものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る目標検出装置によれば、光学センサを用いてクラッタの種類毎にクラッタ成分の抑圧を行い、クラッタの種類毎にクラッタ成分の抑圧を行うことで、クラッタ成分の抑圧効果を高め、目標検出精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】この発明の実施の形態１に係る目標検出装置の構成を示すブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る目標検出装置の観測散乱ベクトル蓄積器に蓄積される観測散乱ベクトルを示す図である。
【図３】この発明の実施の形態２に係る目標検出装置の構成を示すブロック図である。
【図４】この発明の実施の形態３に係る目標検出装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の目標検出装置及び目標検出方法の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
【００１６】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係る目標検出装置について図１及び図２を参照しながら説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係る目標検出装置の構成を示すブロック図である。なお、以降では、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
【００１７】
図１において、この発明の実施の形態１に係る目標検出装置は、航空機などに搭載され、第一偏波送受信アンテナ１と、第二偏波送受信アンテナ２と、互いに直交する偏波特性を有する二つのアンテナ１、２（第１及び第２のアンテナ）のうち、送信においてはいずれか一方、受信においては双方を駆動させ、地表面や海面付近などの観測対象のレーダ信号を収集する偏波切替器３と、送受信を切り替える送受切替器４と、偏波切替器３から送受切替器４を介して送られてきたレーダ信号を復調する受信機５と、広帯域パルスを生成し、送受切替器４を介して偏波切替器３に送る送信機６と、レーダ信号を観測対象に関する分解能セル毎に散乱ベクトルとして格納する観測散乱ベクトル蓄積器７と、クラッタの種類を観測するために、赤外線を照射して観測対象の画像データを取得する赤外線カメラ８と、観測対象の距離を測定するレーザ測距器９と、赤外線カメラ８により取得した画像データを温度領域毎に分割し、レーザ測距器９により測距された距離から温度領域毎に複数点の距離を求め、各温度領域の角度と距離を求める画像処理器１０とが設けられている。
【００１８】
さらに、画像処理器１０により求めた温度領域毎の角度と距離を用いて、観測散乱ベクトル蓄積器７から対応する散乱ベクトルの分解能セルを抽出し、レーダ信号である散乱ベクトルを温度領域毎に分割するレーダ信号分割器１１と、レーダ信号分割器１１により温度領域毎に分割された散乱ベクトルから、温度領域毎にフィルタの生成を行い、温度領域毎に生成したフィルタを温度領域内の各分解能セルに適用処理を行い、温度領域毎に電力を出力する適応型ポラリメトリックノッチフィルタ回路１２と、このフィルタ回路１２の出力電力を事前に設定した閾値と比較して目標とクラッタの判別を行う閾値回路１３と、閾値回路１３により目標と判定された分解能セルの位置を出力する表示器１４とが設けられている。
【００１９】
つぎに、この実施の形態１に係る目標検出装置の動作について図面を参照しながら説明する。図２は、この発明の実施の形態１に係る目標検出装置の観測散乱ベクトル蓄積器に蓄積される観測散乱ベクトルを示す図である。
【００２０】
まず、赤外線カメラ８で観測を行う。画像処理器１０は、赤外線カメラ８により取得した画像データを温度領域毎に分割する。また、画像処理器１０は、レーザ測距器９により測距した距離を用いて温度領域毎に複数点の距離を求め、各温度領域の角度と距離を求める。
【００２１】
同時にレーダを用いた観測を行う。送信機６は、生成した広帯域パルスを、送受切替器４を介して偏波切替器３に送る。偏波切替器３は、第一偏波送受信アンテナ１と第二偏波送受信アンテナ２のうちの第一偏波送受信アンテナ１に送信信号を送る。
【００２２】
ここで、第一偏波送受信アンテナ１と第二偏波送受信アンテナ２は、偏波特性が互いに直交するアンテナの組である。例えば、垂直偏波と水平偏波の組や、右旋円偏波と左旋円偏波の組などが前記の直交する二種類の偏波特性として良く知られている。
【００２３】
第一偏波送受信アンテナ１から送信された信号は観測対象によって散乱される。これを、第一偏波送受信アンテナ１及び第二偏波送受信アンテナ２で受信して偏波切替器３に送る。これらの信号は、送受切替器４を介してそれぞれ受信機５に送られる。
【００２４】
受信機５で復調された信号は、観測対象の反射係数Ｓ１１、Ｓ２１の形で観測散乱ベクトル蓄積器７に保存される。ここで、Ｓｉｊは、第ｊ偏波送受信アンテナで送信して第ｉ偏波送受信アンテナで受信して観測された、観測対象の反射係数を表す。
【００２５】
同様に、送信機６は、生成した広帯域パルスを、送受切替器４を介して偏波切替器３に送り、これを第二偏波送受信アンテナ２から目標に照射して同様の処理を繰り返すことにより、観測対象の反射係数Ｓ１２、Ｓ２２を得る。これを同様に観測散乱ベクトル蓄積器７に保存する。
【００２６】
観測されたＳ１１、Ｓ１２、Ｓ２１、Ｓ２２を行列表示したものを散乱行列（scattering matrix）［Ｓ］と呼ぶ。また、列ベクトルＸで表現したものを、散乱特性を表すベクトルという意味で“散乱ベクトル”（scatterings vector）と呼ぶ。
【００２７】
Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ２１、Ｓ２２は、観測散乱ベクトル蓄積器７内で、図２に示すように、観測対象に関する分解能セルｋ（ｋ＝１，２，・・・，Ｋ：Ｋは分解能セル数）毎に散乱ベクトルＸｋとして格納される。
【００２８】
レーダ信号分割器１１は、画像処理器１０で求めた温度領域毎の角度と距離情報を用いて、対応するレーダ信号（散乱ベクトル）の分解能セルを抽出し、レーダ信号を温度領域毎に分割する。適応型ポラリメトリックノッチフィルタ回路１２は、温度領域毎に分割したレーダ信号から温度領域毎にフィルタの生成を行う。適応型ポラリメトリックノッチフィルタ回路１２は、温度領域毎に生成したフィルタを温度領域内の各分解能セルに適用処理を行い、温度領域毎に電力Ｐを出力する。
【００２９】
レーダの観測点と赤外線カメラ８の観測点が正確に分かっている場合は、レーダを用いた観測と赤外線カメラ８を用いた観測を同時に行う必要はなく、どちらかを先に行ってもよい。観測点の正確な位置が分かっていないと、上記のように画像処理器１０で求めた温度領域毎の角度情報と距離情報から、対応するレーダ信号を抽出することができないためである。
【００３０】
次に、適応型ポラリメトリックノッチフィルタ回路１２から出力された温度領域毎の電力Ｐは、閾値回路１３に送られる。閾値回路１３は、入力された電力Ｐを閾値Ｔと比較し、閾値Ｔより電力Ｐが大きい場合、あるいは電力Ｐと閾値Ｔが等しい場合を目標、閾値Ｔより電力Ｐが小さい場合をクラッタと判定する。表示器１４は、目標検出結果として、目標と判定された分解能セルの位置を出力する。
【００３１】
上述したように、本実施の形態１によれば、複数の種類のクラッタから構成される地形であっても、クラッタの種類毎にクラッタ成分を抑圧するので、高い目標検出確率を保つことが可能となる。また、本実施の形態１は、レーダの構成がバイスタティックである場合について容易に拡張することができる。
【００３２】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係る目標検出装置について図３を参照しながら説明する。図３は、この発明の実施の形態２に係る目標検出装置の構成を示すブロック図である。
【００３３】
図３において、この発明の実施の形態２に係る目標検出装置は、上記実施の形態１に係る目標検出装置の構成に加えて、分割する条件を入力する分割条件入力器１５が設けられている。
【００３４】
つぎに、この実施の形態２に係る目標検出装置の動作について図面を参照しながら説明する。
【００３５】
この実施の形態２では、赤外線カメラ８で取得した画像データを領域毎に分割する際に、画像処理器１０は分割する条件を分割条件入力器１５により入力する。分割する際の条件は操作者が赤外線カメラ８の画像を確認して領域を決定する。
【００３６】
次に、画像処理器１０は、レーザ測距器９により測距された距離情報を用いて分割された領域毎に複数点の距離を求める。以下は実施の形態１と同様な処理によって目標検出を行う。なお、領域毎は温度領域毎に対応する。
【００３７】
従って、本実施の形態２によれば、分割する領域を操作者が直接選択することができるため、種類の異なるクラッタ間の温度差が小さい場合であっても高い目標検出確率を保つことが可能となる。
【００３８】
実施の形態３．
この発明の実施の形態３に係る目標検出装置について図４を参照しながら説明する。図４は、この発明の実施の形態３に係る目標検出装置の構成を示すブロック図である。
【００３９】
図４において、この発明の実施の形態３に係る目標検出装置は、上記実施の形態１に係る目標検出装置の構成に加えて、観測対象の３次元の地形データ（俯瞰図のような高さ情報を含む３次元データ）を含む地図データ１６と、３次元の自己位置（例えば、緯度、経度、高さ）を測定する自己位置測定器１７とが設けられている。
【００４０】
つぎに、この実施の形態３に係る目標検出装置の動作について図面を参照しながら説明する。
【００４１】
この実施の形態３では、画像処理器１０は、自己位置測定器１７で測定した自己位置から、観測対象の地形データ（例えば、道路の位置や建物の位置など）を地図データ１６より取得する。
【００４２】
画像処理器１０は、取得した地形データを赤外線カメラ８により取得した画像データと照合して地形データを補正する。この処理は誤差（例えば、観測対象に高さがある場合など）を修正するためである。画像処理器１０は、補正した観測対象の地形データを地形領域毎に分割する。
【００４３】
次に、画像処理器１０は、レーザ測距器９により測距した距離情報を用いて分割された地形領域毎に複数点の距離を求める。以下は実施の形態１と同様な処理によって目標検出を行う。なお、地形領域毎は温度領域毎に対応する。
【００４４】
従って、本実施の形態３によれば、分割する領域の選択に地図データ１６を利用しているため、道路などの予め位置が分かっているクラッタ成分を効率良く抑圧することができるため、高い目標検出確率を保つことが可能となる。
【符号の説明】
【００４５】
１  第一偏波送受信アンテナ、２  第二偏波送受信アンテナ、３  偏波切替器、４  送受切替器、５  受信機、６  送信機、７  観測散乱ベクトル蓄積器、８  赤外線カメラ、９  レーザ測距器、１０  画像処理器、１１  レーダ信号分割器、１２  適応型ポラリメトリックノッチフィルタ回路、１３  閾値回路、１４  表示器、１５  分割条件入力器、１６  地図データ、１７  自己位置測定器。
【図１】
2010175383.tif 000003
【図２】
2010175383.tif 000004
【図３】
2010175383.tif 000005
【図４】
2010175383.tif 000006