(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
0003718201.tif 000010
0003718201.tif 000011
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は，レーダの分野で使用される衛星や航空機に搭載される合成開口レーダに組み込まれた移動目標検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
合成開口レーダで用いられる移動目標検出装置は、１台のアンテナで、時刻t1、t2で取得した２枚の高分解能画像から、背景と固定目標を除去して、移動目標のみを抽出するシステムが実用化されている。また、２つのアンテナをアロングトラック方向に配列し、それぞれのアンテナで独立に高分解能画像を得た後、２つの画像から固定目標、背景を除去して、移動目標のみを抽出するシステムも考案されている。後者の方式について動作原理の詳細を説明する。２個のアンテナ11、12が間隔d離れてアロングトラック方向に配列されているものとし、移動目標10が衛星13の進行方向に直角に速度VTで移動しているものと仮定する。アンテナ11によるこの移動目標10の時刻t=t1における受信信号の位相をφ1とすると時刻t=t1+d/v（vは衛星の速度）においては、アンテナ1２がアンテナ11の位置に移動する。このときのアンテナ1２における移動目標10の受信位相はφ2=2dVT/λV+φ1(λは波長)となる。この式から分かるように、固定目標の場合にはVT=0となり、φ2=φ1となるため、受信信号に位相変化は生じないが、移動目標10の場合には、2dVT/λVの分だけ位相が変化する。したがって、アンテナ1１、1２でそれぞれ独立に高分解能画像を得た後、2つの画像をピクセル単位で位相を含めて引き算すれば、移動目標10のみが消去されず、画面上に残る。また、λ、V、dが既知であれば、移動体の速度VTを求めることができ、移動目標を検出することができる。しかしながら、位相のあいまいさを除去するために、2dVT/λV＜2πを満足しなければならず、移動目標10の検出は、λ、V、dの値に左右される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
以上、動作原理を説明したような従来の合成開口レーダ用移動目標検出装置では、移動目標10の検出がλ、V、dの値に左右されるため、正確に移動目標を求めることができないという課題があった。
【０００４】
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あり、時系列信号にウェーブレット分解（科学技術出版「ウェーブレットの基礎」第２章参照）を施すことにより、オンボード上で高精度に移動体の方向ベクトルを推定することができる合成開口レーダ用移動目標検出装置を得ることを目標としたものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
１合成開口時間内にパルスを一定の周期で同一ターゲットに向かって単一の送受共用アンテナから照射する合成開口レーダにおいて、上記送受共用アンテナで受信した上記ターゲットから反射される後方散乱波を所定の周期でサンプリングして生成する離散値をCk,l(τ)（ここで、k、lは、それぞれレンジ方向のk番目およびアジマス方向のl番目のピクセル座標でk=1,2,…,m、l=1,2,…,n、τは時間）とした時系列信号とし、1発目のパルスから順に１合成開口時間内において全ピクセルに配列された時系列信号をC(2t)、C(2t+1)、 C(2t+2) 、C(2t+3)、…、C(2t+p)として、上記時系列信号のうち、C(2t)、C(2t+1)、 C(2t+2) とC(2t+3)から求められる
0003718201.tif 000002
N以外、但し、Nは正数）されたフィルタをF(4)(2t+2)として、上記2つのフィルタの論理積をとるフィルタをF(2)(2t+2)と、更に、C(2t+1)、C(2t+2)、C(2t+3)
0003718201.tif 000003
て、上記２つのフィルタの論理積をとるフィルタをF(2)(2t+3)とし、上記フィルタF(2)(2t+2)、F(2)(2t+3)の論理積をとって、時系列信号C(2t+3)の高周波成分を抽出するフィルタをF(1)(2t+3)とする、同様に、時系列信号 C(2t+4)の高周波成分を抽出するフィルタをF(1)(2t+4)とし、順次、フィルタF(1)(2t+p-1)、F(1)(2t+p)、 (p：整数)、を用意して、上記合成開口レーダの１合成開口時間内にわたって受信する全時系列信号に対応できるフィルタ群を用意し、フィルタの閾値NをN=0,1,2,…のように複数個可変にして得られる最終段のフィルタF(1)(2t+3)からのそれぞれの可変閾値に対応する高周波信号のうち、隣り合う閾値を持つ2つの高周波信号の差を順次Nを大きくして演算し、上記高周波信号の差が最小となる閾値Nの値を決定し、さらに、決定された閾値Nで構成された上記フィルタ群と、上記最終段のフィルタF(1)(2t+3)、F(1)(2t+4)、…、F(1)(2t+p)から得られる高周波信号のうち、時系列的に近接する高周波信号の重心位置をピクセル座標上で時系列的に順次計算し、上記ピクセル座標上に上記計算結果から得られる重心位置を方向ベクトルとして表示できるようにしたものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は衛星や航空機に搭載される合成開口レーダに組み込まれた移動体検出装置の機能ブロック図の全体図を示したものである。図中、１は、複数個のパルスのターゲットからの後方散乱波を１パルス毎に処理するためのゲートであり、ゲート１を通過後の１パルスによる後方散乱波は、２のA/D変換装置により、ディジタル化されるとともに、各ピクセルに分解され、パルス繰り返し周期内の信号として３の記憶装置に入力される。以上の動作を順次、1合成開口時間内における全パルスの後方散乱波に対しておこない、３の記憶装置に時系列信号４として保存される。上記全パルスの後方散乱波中に移動物体が存在すれば、上記時系列信号４は、５のウェーブレット分解演算装置によって、上記時系列信号４に含まれる高周波信号６が急激な変化分として、それぞれのピクセル座標から抽出される。上記高周波信号６は、ウェーブレット分解演算装置５によって閾値Nで２値化（１、｜D0(t)｜＞N；０、N以外）されている。閾値Nは可変であり、N=0,1,2,…のように可変にして、最初に抽出された高周波信号６をまず複数回ウェーブレット分解演算装置５によって計算し、隣り合う閾値を持つ2つの高周波信号６の差を順次演算することによって、上記高周波信号６の差が最小となる最適な閾値Nの値が決定される。さらに、決定された閾値Nを持つ、フィルタF(1)群７を構成し、出力として得られる全時系列信号４に含まれる高周波信号６のうち、時系列的に近接する高周波信号の重心位置をピクセル座標上で時系列的に順次計算し、上記ピクセル座標上に方向ベクトルとして表示し、高周波信号６上に現れる移動体目標の有無を特定するものである。さらに、フィルタF(1)群７の構成方法について、詳細を以下に述べる。ウェーブレット分解演算装置５によって、時系列信号４から抽出される高周波信号６は、次式で与えられる。
【０００７】
【数１】
0003718201.tif 000004
【０００８】
数１は、２次のDaubechiesウェーブレットを用いているので、高周波信号
0003718201.tif 000005
【０００９】
【数２】
0003718201.tif 000006
【００１０】
Nは、０以上の任意の整数であり、可変閾値である。フィルタ71,72,73,74（F(4)(2t)、F(4)(2t+1)、F(4)(2t+2)、F(4)(2t+3)）の各要素の2値化は、同一のNに対しておこなわれる。以上述べたフィルタ71,72,73,74による高周波信号６の抽出は、例えば、C(2t)、C(2t+1)、C(2t+2)、C(2t+3)の４個の時系列信号４を用いて行なうため、高周波信号６は、ぼけた形でしか抽出できない。従って、図２に示すように、フィルタF(4)(2t)、71とフィルタF(4)(2t+2)、73およびフィルタF(4)(2t+1)、72とフィルタF(4)(2t+3)、74に対して、数３のように論理積を取ることによって、時系列信号４のうち、C(2t+2)、C(2t+3)から高周波信号６を抽出するフィルタF(2)(2t+2)、75および時系列信号４のうち、C(2t+3)、C(2t+4)から高周波信号６を抽出するフィルタF(2)(2t+3)、7６を作成することができる。
【００１１】
【数３】
0003718201.tif 000007
【００１２】
図２に示しているように、フィルタF(2)(2t+2)、75およびフィルタ（F(2)(2t+3)、7６から、時系列信号４のうち、C(2t+2)、C(2t+3)、C(2t+4)の高周波成分６を抽出することができる。さらに、数４に示すように、上述したフィルタF(2)(2t+2)、75とフィルタ（F(2)(2t+3)、7６の論理積をとることによって、時系列信号４のうち、C(2t+3)の高周波成分６を抽出することができる。時系列信号４のうち、C(2t+3)の高周波成分６を抽出することができるフィルタF(1)(2t+3)、77を作成することができる。
【００１３】
【数４】
0003718201.tif 000008
【００１４】
以上のことを順次繰り返して、図２に示すようにフィルタF(1)(2t+4)78、…、フィルタF(1)(2t+p)79を作成することができる。
【００１５】
なお、以上は1発のパルスで移動ターゲットの識別をおこない，４発のパルスで上述した高周波信号である移動ターゲットのみを抽出する場合を述べたが，必要に応じて，１発，もしくは４発ではなく，それ以上の個数のパルスを使って相関処理をおこない，高分解能信号を得ても良いが，本発明では，高分解能信号を得るパルス数は必要とされる移動体の追尾精度とオンボード上でのデータ処理能力によって自律的に決定されることを特徴としている。また、以上は合成開口レーダ用の移動目標検出装置として説明したが、本発明はこれに限らず、逆合成開口レーダ、実開口レーダおよび光学レーダ用の移動目標検出装置として使用しても良い。
【００１６】
【発明の効果】
第１の発明によれば、１合成開口時間内にパルスを一定の周期で同一ターゲットに向かって単一の送受共用アンテナから照射する合成開口レーダにおいて、上記送受共用アンテナで受信した上記ターゲットから反射される後方散乱波を所定の周期でサンプリングして生成する離散値をCk,l(τ)（ここで、k、lは、それぞれレンジ方向のk番目およびアジマス方向のl番目のピクセル座標でk=1,2,…,m、l=1,2,…,n、τは時間）とした時系列信号とし、1発目のパルスから順に１合成開口時間内において全ピクセルに配列された時系列信号をC(2t)、C(2t+1)、 C(2t+2) 、C(2t+3)、…、C(2t+p)として、上記時系列信号のうち、C(2t)、C(2t+1)、 C(2t+2) とC(2t+3)
0003718201.tif 000009
として、上記２つのフィルタの論理積をとるフィルタをF(2)(2t+3)とし、上記フィルタF(2)(2t+2)、F(2)(2t+3)の論理積をとって、時系列信号C(2t+3)の高周波成分を抽出するフィルタをF(1)(2t+3)とする、同様に、時系列信号 C(2t+4)の高周波成分を抽出するフィルタをF(1)(2t+4)とし、順次、フィルタF(1)(2t+p-1)、F(1)(2t+p)、 (p：整数)、を用意して、上記合成開口レーダの１合成開口時間内にわたって受信する全時系列信号に対応できるフィルタ群を用意し、フィルタの閾値NをN=0,1,2,…のように複数個可変にして得られる最終段のフィルタF(1)(2t+3)からのそれぞれの可変閾値に対応する高周波信号のうち、隣り合う閾値を持つ2つの高周波信号の差を順次Nを大きくして演算し、上記高周波信号の差が最小となるように閾値Nの値を決定し、さらに、決定された閾値Nで構成された上記フィルタ群と、上記最終段のフィルタF(1)(2t+3)、F(1)(2t+4)、…、F(1)(2t+p)から得られる高周波信号のうち、方向ベクトル演算装置によって、時系列的に近接する高周波信号の重心位置をピクセル座標上で時系列的に順次計算し、画像としての表示ではなく、上記ピクセル座標上に方向ベクトルとして表示することにしたため、データ処理が全てディジタル処理系となり、このため装置の回路規模が小さく、かつオンボードでリアルタイム処理が可能となっている。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の機能回路図の一例を示す図である。
【図２】この発明のフィルタF(1)群の一例を示す図である。
【図３】従来の移動目標検出装置の概念図を示す図である。
【符号の説明】
1  ゲート
2  A/D変換装置
3  記憶装置
4  時系列信号
5  ウェーブレット分解演算装置
6  高周波信号
7  フィルタF(1)群
10  移動目標
11  アンテナA
12  アンテナB
13  衛星
71  フィルタF(4)(2t)
72  フィルタF(4)(2t+1)
73  フィルタF(4)(2t+2)
74  フィルタF(4)(2t+3)
75  フィルタF(2)(2t+2)
76  フィルタF(2)(2t+3)
77  フィルタF(1)(2t+3)
78  フィルタF(1)(2t+4)
79  フィルタF(1)(2t+p)
【図１】
0003718201.tif 000012
【図２】
0003718201.tif 000013
【図３】
0003718201.tif 000014