(57)【要約】  ＳＡＲ画像生成部（２１）は、レーダ装置（１０）の各ＳＡＲ画像を生成する。レジストレーション部（２２）は、運動計測部（３０）で計測されたプラットフォームの速度情報を用いて、各ＳＡＲ画像の位置合わせを行う。信号校正部（２３）は、各ＳＡＲ画像を比較し、各ＳＡＲ画像の振幅及び位相のインバランスを補正する。移動目標検出部（２４）は、信号校正部（２３）で補正された各ＳＡＲ画像間の位相差を算出し、これらの位相差を比較することで移動目標を検出する。
2017154205.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
観測範囲に照射したパルス信号を三つ以上のアンテナで受信した各受信信号を得るレーダ装置と、
前記各受信信号の各ＳＡＲ（Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ  Ａｐｅｒｔｕｒｅ  Ｒａｄａｒ：合成開口レーダ）画像を生成するＳＡＲ画像生成部と、
前記アンテナを搭載したプラットフォームの速度を計測する運動計測部と、
前記運動計測部で計測した前記プラットフォームの速度情報を用いて、前記ＳＡＲ画像生成部で生成された各ＳＡＲ画像の位置合わせを行うレジストレーション部と、
前記レジストレーション部で位置合わせされた各ＳＡＲ画像を比較して、各ＳＡＲ画像の振幅及び位相のインバランスを補正する信号校正部と、
前記信号校正部で補正された各ＳＡＲ画像間の位相差を算出し、かつ、当該算出した位相差を比較することで移動目標を検出する移動目標検出部とを備えたことを特徴とする移動目標検出装置。
【請求項２】
前記移動目標検出部は、前記算出した位相差の標準偏差を算出し、当該標準偏差を閾値処理することで移動目標を検出することを特徴とする請求項１記載の移動目標検出装置。
【請求項３】
前記移動目標検出部は、前記算出した位相差からレンジ方向の速度を算出し、算出された速度の値を比較することで移動目標を検出することを特徴とする請求項１記載の移動目標検出装置。
【請求項４】
前記移動目標検出部は、前記算出した位相差からレンジ方向の速度を算出し、算出された速度の標準偏差を算出し、当該標準偏差を閾値処理することで移動目標を検出すること特徴とする請求項１記載の移動目標検出装置。
【請求項５】
観測範囲に照射したパルス信号を二つ以上のアンテナで受信した各受信信号を得るレーダ装置と、
前記各受信信号の各ＳＡＲ画像を生成するＳＡＲ画像生成部と、
前記アンテナを搭載したプラットフォームの速度を計測する運動計測部と、
前記運動計測部で計測した前記プラットフォームの速度情報を用いて、前記ＳＡＲ画像生成部で生成された各ＳＡＲ画像の位置合わせを行うレジストレーション部と、
前記レジストレーション部で位置合わせされた各ＳＡＲ画像を比較して、各ＳＡＲ画像の振幅及び位相のインバランスを補正する信号校正部と、
前記信号校正部で補正されたＳＡＲ画像にアジマス解凍処理を施すアジマス解凍部と、
前記アジマス解凍部でアジマス圧縮を解いたデータをサブアパーチャに分割するサブアパーチャ分割部と、
前記サブアパーチャ分割部で分割された各サブアパーチャのデータを再度アジマス圧縮するサブアパーチャ圧縮部と、
前記サブアパーチャ圧縮部でアジマス圧縮された各サブアパーチャのＳＡＲ画像間の位相差を算出するサブアパーチャ内位相差算出部と、
前記サブアパーチャ内位相差算出部で算出したサブアパーチャ毎の位相差を比較することで移動目標を検出するサブアパーチャ内移動目標検出部を備えたことを特徴とする移動目標検出装置。
【請求項６】
前記サブアパーチャ内移動目標検出部は、各サブアパーチャ間の位相差からレンジ方向の速度を算出し、算出された速度の値を比較することで移動目標を検出することを特徴とする請求項５記載の移動目標検出装置。
【請求項７】
前記サブアパーチャ内移動目標検出部は、各サブアパーチャ間の位相差からレンジ方向の速度を算出し、算出された速度の標準偏差の値を閾値処理することで移動目標を検出することを特徴とする請求項５記載の移動目標検出装置。
【請求項８】
観測範囲に照射したパルス信号を二つ以上のアンテナで受信した各受信信号を得るレーダ装置と、
前記各受信信号の各ＳＡＲ画像を生成するＳＡＲ画像生成部と、
前記アンテナを搭載したプラットフォームの速度を計測する運動計測部と、
前記運動計測部で計測した前記プラットフォームの速度情報を用いて、前記ＳＡＲ画像生成部で生成された各ＳＡＲ画像の位置合わせを行うレジストレーション部と、
前記レジストレーション部で位置合わせされた各ＳＡＲ画像を比較して、各ＳＡＲ画像の振幅及び位相のインバランスを補正する信号校正部と、
前記信号校正部で補正された各ＳＡＲ画像に対してクラッタ抑圧処理を行ってＳＡＲ画像の差分画像を算出する差分画像算出部と、
前記差分画像算出部で算出した差分画像にアジマス解凍処理を施す差分画像解凍部と、
前記差分画像解凍部でアジマス圧縮を解いた差分画像をサブアパーチャに分割するサブアパーチャ分割部と、
前記サブアパーチャ分割部で分割された各サブアパーチャの差分画像を再度アジマス圧縮する差分画像サブアパーチャ圧縮部と、
前記差分画像サブアパーチャ圧縮部でアジマス圧縮されたサブアパーチャの差分画像間の位相差を算出する差分画像サブアパーチャ内位相差算出部と、
前記差分画像サブアパーチャ内位相差算出部で算出したサブアパーチャ毎の位相差を比較することで移動目標を検出する差分画像サブアパーチャ内移動目標検出部とを備えたことを特徴とする移動目標検出装置。
【請求項９】
移動目標の候補を抽出する移動目標粗検出部を備え、
前記差分画像解凍部は、前記移動目標粗検出部で検出した信号に対してのみ処理を行うことを特徴とする請求項８記載の移動目標検出装置。
【請求項１０】
前記移動目標粗検出部にて検出した信号周辺を切り出す移動目標周辺領域抽出部を備え、
前記差分画像解凍部は、前記移動目標周辺領域抽出部で切り出された信号に対してのみ処理を行うことを特徴とする請求項９記載の移動目標検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のアンテナ開口で受信した信号から移動目標の信号を検出する移動目標検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プラットフォームの進行方向（この方向を以下では、アロングトラック方向と呼ぶ）に二つ以上のアンテナ開口を並べ、各アンテナ開口で受信された信号を用いて、それぞれ合成開口レーダ（ＳＡＲ：Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ  Ａｐｅｒｔｕｒｅ  Ｒａｄａｒ）画像を生成した後、これらの画像の組み合わせで、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法が知られている（例えば、非特許文献１参照）。【０００３】
二つのアンテナ開口を用いた方式として、例えば非特許文献２に記載された移動目標検出方法が知られている。この技術では、二つのアンテナ開口で受信された信号を用いて、それぞれＳＡＲ画像を生成し、生成された二つのＳＡＲ画像のチャネル間インバランスを補正した上で、二つのＳＡＲ画像の位置合わせを実施し、複素振幅の差分もしくは位相差を算出し、差分画像あるいは位相差画像を生成する。【０００４】
これらの二つのＳＡＲ画像は、同じ場所で時間差をつけて観測した２枚の画像であると理解できる。すると、静止目標の信号は、二つのＳＡＲ画像で一致するため、前記の差分画像において、静止目標の信号の振幅は抑圧される。また、前記の位相差画像においては、静止目標からの位相差がほぼゼロとなる。一方、移動目標は各ＳＡＲ画像を観測する間に目標が移動することにより位置がずれているため、差分画像においては振幅が抑圧されない。また、位相差画像においては位置のずれに対応した位相差が発生する。【０００５】
そこで、非特許文献２に記載された方法では、移動目標信号として検出するために、差分画像における絶対値の大きい画素と、位相差画像における位相差の大きい画素とに対し、静止目標の差分または位相差の確率密度関数から算出した閾値による閾値処理を行い、閾値以上の画素値を有する画素を移動目標として検出する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】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
【非特許文献２】C. Gierull, “Moving Target Detection with Along-Track SAR Interferometry”, Technical Report DRDC-OTTAWA-TR-2002-084, Defence Research & Development Canada, 2002
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記非特許文献２に記載されたような従来の技術では、２枚のＳＡＲ画像に誤差が生じた場合には、本来一致するはずの静止目標からの信号にも差が生じてしまうため、差分画像において静止目標の信号が抑圧されず静止目標からの信号が残ってしまう。また、位相差画像においても、２枚のＳＡＲ画像の静止目標の信号に位相差が発生してしまう。このような問題から、従来の移動目標検出の技術では、静止目標を移動目標として誤検出してしまうという問題があった。【０００８】
この発明は、かかる問題を解決するためになされたもので、移動目標を精度良く検出することのできる移動目標検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係る移動目標検出装置は、観測範囲に照射したパルス信号を三つ以上のアンテナで受信した各受信信号を得るレーダ装置と、各受信信号の各ＳＡＲ画像を生成するＳＡＲ画像生成部と、アンテナを搭載したプラットフォームの速度を計測する運動計測部と、運動計測部で計測したプラットフォームの速度情報を用いて、ＳＡＲ画像生成部で生成された各ＳＡＲ画像の位置合わせを行うレジストレーション部と、レジストレーション部で位置合わせされた各ＳＡＲ画像を比較して、各ＳＡＲ画像の振幅及び位相のインバランスを補正する信号校正部と、信号校正部で補正された各ＳＡＲ画像間の位相差を算出し、かつ、算出した位相差を比較することで移動目標を検出する移動目標検出部とを備えたものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明に係る移動目標検出装置は、位置合わせされた各ＳＡＲ画像の信号を干渉させて位相差を算出し、位相差のばらつきから移動目標を検出するようにしたものである。これにより、従来のような位相雑音により移動目標として誤検出されていた静止目標を移動目標として検出することがなく、移動目標検出性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態１の移動目標検出装置のブロック構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１の移動目標検出装置のハードウェア構成図である。
【図３】この発明の実施の形態１の移動目標検出装置による観測のジオメトリを示す説明図である。
【図４】この発明の実施の形態２の移動目標検出装置のハードウェア構成図である。
【図５】この発明の実施の形態２の移動目標検出装置の信号処理部における移動目標検出処理を実現する構成を示す機能ブロック図である。
【図６】この発明の実施の形態２の移動目標検出装置のサブアパーチャ分割型移動目標検出部の構成図である。
【図７】この発明の実施の形態２の移動目標検出装置のアジマス時刻とサブアパーチャ番号の関係によるサブアパーチャ分割を示す説明図である。
【図８】この発明の実施の形態２の移動目標検出装置の移動目標と低Ｓ／Ｎな静止目標のサブアパーチャ毎の位相差のヒストリを示す説明図である。
【図９】この発明の実施の形態３の移動目標検出装置の信号処理部における移動目標検出処理を実現する構成を示す機能ブロック図である。
【図１０】この発明の実施の形態３の移動目標検出装置の差分画像サブアパーチャ分割型移動目標検出部の構成図である。
【図１１】この発明の実施の形態４の移動目標検出装置の信号処理部における移動目標検出処理を実現する構成を示す機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
図１は、本実施の形態による移動目標検出装置のブロック構成図である。
本実施の形態による移動目標検出装置は、図示のように、レーダ装置１０、信号処理部２０、運動計測部３０を備えている。レーダ装置１０は、観測範囲に照射したパルス信号を三つ以上のアンテナで受信した各受信信号を得る装置である。信号処理部２０は、レーダ装置１０で取得した受信信号及び運動計測部３０で計測されたプラットフォームの運動情報を用いて、移動目標検出を行うための処理部であり、図１では信号処理のための機能ブロック構成を示している。図示の信号処理部２０は、ＳＡＲ画像生成部２１、レジストレーション部２２、信号校正部２３、移動目標検出部２４を備える。ＳＡＲ画像生成部２１は、レーダ装置１０で受信された各受信信号の各ＳＡＲ画像を生成する処理部である。レジストレーション部２２は、運動計測部３０で計測したプラットフォームの運動情報における速度情報を用いて、ＳＡＲ画像生成部２１で生成された各ＳＡＲ画像の位置合わせを行う処理部である。信号校正部２３は、レジストレーション部２２で位置合わせされた各ＳＡＲ画像を比較して、各ＳＡＲ画像の振幅及び位相のインバランスを補正する処理部である。移動目標検出部２４は、信号校正部２３で校正された各ＳＡＲ画像間から位相差を算出し、かつ、算出した位相差を比較することで、移動目標を検出する処理部である。また、運動計測部３０は、レーダ装置１０における三つ以上のアンテナを搭載したプラットフォームの少なくとも速度を計測する処理部である。
【００１３】
図２は、図１に示した移動目標検出装置のハードウェア構成図である。
レーダ装置１０は、励振部１０１、増幅部１０２、受信部１０３、データ記録部１０４、送受切換器１０５、送受信アンテナ１０６、受信アンテナ１０７ａ，１０７ｂ、運動計測部３０を備える。
励振部１０１は、観測に使用するパルス信号を生成する処理部であり、生成されたパルス信号は増幅部１０２に出力される。増幅部１０２は、励振部１０１で生成されたパルス信号を所望の信号レベルまで増幅する処理部であり、増幅信号は送受切換器１０５を介して送受信アンテナ１０６に出力される。送受切換器１０５は、送受信アンテナ１０６を送信状態と受信状態に切り換えるものである。送受信アンテナ１０６は、増幅部１０２から取得したパルス信号を大気中に照射するためのアンテナであり、パルス信号を大気中に照射する。大気中に照射されたパルス信号は、地表面などの散乱体に照射され、散乱する。送受信アンテナ１０６と受信アンテナ１０７ａ，１０７ｂは、散乱体で散乱した信号を受信する。ここで、送受信アンテナ１０６にて受信した信号は、送受切換器１０５を介して受信部１０３に出力される。また、受信アンテナ１０７ａ，１０７ｂにて受信した信号は、受信部１０３に出力される。受信部１０３は、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号からベースバンド信号の抽出を行う処理部であり、抽出したベースバンド信号はデータ記録部１０４に出力される。データ記録部１０４は、受信部１０３から取得した信号の記録部であり、入力された信号をＡ／Ｄ変換部１０４ａにより、Ａ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ−ｔｏ−Ｄｉｇｉｔａｌ）変換することで、所定のサンプリングレート毎の信号に変換し、変換した信号は信号処理部２０内の記憶装置２０７に出力される。
【００１４】
運動計測部３０は、レーダ装置１０と同じプラットフォーム上に搭載されており、プラットフォームの運動情報として運動を司る３軸の角度（もしくは角速度）と加速度を計測するＩＭＵ（Ｉｎｅｒｔｉａｌ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  Ｕｎｉｔ）やプラットフォームの位置を出力するＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）、方位情報を出力する磁気コンパスなどのプラットフォームの位置や姿勢角などを計測する装置によって構成され、少なくとも、プラットフォームの速度情報を取得するものである。なお、より精度の高い観測のためには、運動計測部３０は、プラットフォームの位置、速度、姿勢を計測できることが望ましい。この運動計測部３０により取得された運動情報は、信号処理部２０内の記憶装置２０７に出力される。
【００１５】
信号処理部２０は、プロセッサ２０１、制御器２０２、制御器インタフェース２０３、メモリ２０４、表示器インタフェース２０５、表示器２０６、記憶装置２０７を備える。プロセッサ２０１は、図１に示したＳＡＲ画像生成部２１〜移動目標検出部２４の機能を実現するためのプロセッサであり、制御器インタフェース２０３を介して、制御器２０２
からの制御信号を受信し、また、記憶装置２０７からの受信信号、運動情報及び処理プログラムなどをメモリ２０４に読み込んで動作を行う。プロセッサ２０１による移動目標検出処理の結果は表示器インタフェース２０５を介して表示器２０６に出力される。制御器２０２は、レーダ装置１０の各部及びプロセッサ２０１に対して制御信号を出力し、移動目標検出装置としての制御を司るものである。
【００１６】
また、図１に示した信号処理部２０におけるＳＡＲ画像生成部２１〜移動目標検出部２４は、それぞれの処理部に対応したプログラムを記憶装置２０７に記憶させ、プロセッサ２０１がこれらのプログラムをメモリ２０４に読み込んで実行することにより実現されている。
【００１７】
なお、図示例では受信機能を有するアンテナを送受信アンテナ１０６と受信アンテナ１０７ａ，１０７ｂの三つとして説明しているが、三つ以上であれば、その数は問わない。また、受信部１０３とデータ記録部１０４は、受信チャンネル数分のデータを同時に受信及び記録する機能を備えることとする。
【００１８】
次に、実施の形態１の移動目標検出装置の動作について説明する。図３は、この発明の実施の形態１に係る移動目標検出装置による観測のジオメトリを示す説明図である。以下、図３を用いて、実施の形態１に係る移動目標検出装置の観測信号について説明する。
【００１９】
図３において、１０６は送受信アンテナ、１０７ａと１０７ｂは受信アンテナを示している。また、３００は移動目標である。
送受信アンテナ１０６と受信アンテナ１０７ａ、受信アンテナ１０７ｂは、例えば同一のプラットフォームに搭載される。この時、送受信アンテナ１０６、受信アンテナ１０７ａ、受信アンテナ１０７ｂは、プラットフォームの進行方向に沿って一列に並べるものとする。なお、送受信アンテナ１０６、受信アンテナ１０７ａ、受信アンテナ１０７ｂは、同一のプラットフォームに搭載する必要はなく、別々のプラットフォームに搭載しても構わないが、その場合、各プラットフォームは同じ軌道を、進行方向に一列に並んで移動するものとする。アンテナを搭載するプラットフォームとしては、航空機、人工衛星、及び車両などの移動体を使用するのが良い。以下では、プラットフォームとして航空機を想定し、航空機のジオメトリを念頭に説明を進めるが、本明細書で開示する技術は、航空機に限らず人工衛星及び車両などのプラットフォームを用いた観測に適用することが可能であり、プラットフォームの種類を限定するものではない。
【００２０】
図３に示すように、送受信アンテナ１０６と受信アンテナ１０７ａの距離をＬ１、送受信アンテナ１０６と受信アンテナ１０７ｂの距離をＬ２とする。θｎはオフナディア角、Ｖｒ［ｍ／ｓ］はプラットフォームの速さである。なお、本明細書に記載する移動目標検出装置は、スクイント角が０度であることを想定する。すなわち、ストリップマップモード観測の場合、アンテナビームの照射方向は、プラットフォームの進行方向に対して、常に直交する方向であること、スポットライトモード観測及びスライディングスポットライトモード観測の場合は、合成開口中心においてアンテナビームの向きが進行方向に対して直交する方向であることを想定する。
【００２１】
以下において、時刻をη［秒］で表す。図３に示すように、時刻η＝０における送受信アンテナ１０６の位置を原点ｏとし、プラットフォームの進行方向をｘ軸、水平面内でｘ軸に直交し、かつ進行方向に対して左向きを正とする軸をｙ軸、鉛直方向上向きをｚ軸とする座標系を定義する。さらに、プラットフォームの高度をｈとし、地表面は、ｘ−ｙ平面に並行でｚ＝−ｈ［ｍ］の高さにあるものとする。
【００２２】
この時、時刻ηにおける送受信アンテナ１０６の位置は次式（１）のように表される。
2017154205.tif 000003
ただし、Ｔ［秒］は観測時間である。
【００２３】
移動目標３００は地表面上を移動するものとし、時刻η＝０における移動目標３００の位置と速度を、それぞれ（０，ｙ０，−ｈ）［ｍ］、（０，ｖｙ０，０）［ｍ／ｓ］とする。すなわち、移動目標３００は、ｙ軸方向にのみ移動しているものとする。時刻η＝０における送受信アンテナ１０６と移動目標３００との間の距離をＲ０［ｍ］とすると、時刻ηにおける送受信アンテナ１０６と移動目標３００との距離Ｒ１（η）は、次式で表される。
2017154205.tif 000004
なお、Ｒ０は、次式で表される。
2017154205.tif 000005
また、ｖｇ０［ｍ／ｓ］は次式で定義される。
2017154205.tif 000006
【００２４】
本明細書では、時刻η＝０における送受信アンテナ１０６の位置から移動目標３００の位置に向かう方向をクロストラック方向（プラットフォームの軌道に直交する座標）と呼ぶ。また、これに対応する用語として、プラットフォームの軌道に平行なｘ軸方向をアロングトラック方向と呼ぶ場合がある。このように定義すると、ｖｙ０は、時刻η＝０における移動目標速度のクロストラック成分である。なお、本明細書に記載する移動目標検出装置においては、スクイント角を０度であると想定しているので、移動目標の速度成分のクロストラック方向成分は、移動目標速度のレーダの視線方向の成分に一致する。
【００２５】
次に、送受信アンテナ１０６から電波を送信し、受信アンテナ１０７ａと受信アンテナ１０７ｂで電波を受信した場合について考える。受信アンテナ１０７ａで受信した電波の位相中心の位置が（Ｖｒη，０，０）に一致するときの位相中心から移動目標３００までの距離をＲ２（η）、受信アンテナ１０７ｂで受信した電波の位相中心の位置が（Ｖｒη，０，０）に一致するときの位相中心から移動目標３００までの距離をＲ３（η）とすると、次式で定義される。
2017154205.tif 000007
【００２６】
ここで、Δη１は、送受信アンテナ１０６が（Ｖｒη，０，０）の位置にある時刻から、送受信アンテナ１０６が電波を送信し、受信アンテナ１０７ａが電波を受信する場合の位相中心の位置が（Ｖｒη，０，０）の位置にくるまでの時間差を表している。また、Δη２は、送受信アンテナ１０６が（Ｖｒη，０，０）の位置にある時刻から、送受信アンテナ１０６が電波を送信し、受信アンテナ１０７ｂが電波を受信する場合の位相中心の位置が（Ｖｒη，０，０）の位置にくるまでの時間差を表している。Δη１とΔη２は、それぞれ次式で与えられる。
2017154205.tif 000008
【００２７】
上式（６）の近似は、送受信アンテナ１０６から受信アンテナ１０７ａまでの基線長Ｌ１、送受信アンテナ１０６から受信アンテナ１０７ｂまでの基線長Ｌ２が、送受信アンテナ１０６と移動目標３００までの距離Ｒ０に比べて十分に短い条件で成立する。また、上式（６）の近似は、Ｌ１とＬ２が、送受信アンテナ１０６から受信アンテナ１０７ａ及び送受信アンテナ１０６から受信アンテナ１０７ｂまでの物理的な距離を表しているのに対して、ｄ１とｄ２は、送受信アンテナ１０６で送受信を行った場合の電気的位相中心の位置から、送受信アンテナ１０６で電波を送信してから、受信アンテナ１０７ａで当該電波を受信する場合の位相中心と送受信アンテナ１０６で電波を送信してから、受信アンテナ１０７ａで当該電波を受信する場合の位相中心までの距離をそれぞれ表している。
【００２８】
また、時刻η＋Δη１において、移動目標３００のクロストラック方向の位置は、それぞれＲ０＋ｖｇ０（η＋Δη１）である。同様に、時刻η＋Δη２において、移動目標３００のクロストラック方向の位置は、それぞれＲ０＋ｖｇ０（η＋Δη２）である。
【００２９】
続いて、上記の観測のジオメトリを踏まえて、本実施の形態１における移動目標検出装置の受信信号モデルと、実施の形態１における移動目標検出の原理について説明する。
【００３０】
送受信アンテナ１０６から信号を送信し、移動目標３００において反射し、送受信アンテナ１０６と受信アンテナ１０７ａ、受信アンテナ１０７ｂで受信した信号をレンジ圧縮して得られる信号は、次式となる。
2017154205.tif 000009
ここで、ａ１（η）とａ２（η）、ａ３（η）はそれぞれ送受信アンテナ１０６、受信アンテナ１０７ａ、受信アンテナ１０７ｂにおける受信信号の振幅である。また、信号Ｓｉ（η）（ｉ＝１，２，３）は、位相中心Ｐｉが（Ｖｒη，０）の位置にある時刻における観測信号である。このため、受信信号ｓ２（η）は、時刻ηにおける観測信号ではなく、η＋Δη１における信号である。同様に、受信信号ｓ３（η）は、η＋Δη２における信号である。ｎ１（η），ｎ２（η），ｎ３（η）は時刻ηにおける雑音である。
【００３１】
本実施の形態１における移動目標検出装置の観測では、ある周期（これをパルス繰り返し周期と呼ぶ）でパルスを送信する。送信されたパルスが移動目標３００を含む観測範囲で反射されたものを送受信アンテナ１０６と受信アンテナ１０７ａ、受信アンテナ１０７ｂで受信するため、実際に観測される信号はｓ１（η）とｓ２（η）、ｓ３（η）をパルス繰返し周期で離散化したものであるが、特に混乱を生じない限り、本明細書では、ｓ１（η）とｓ２（η）、ｓ３（η）のように連続的な信号として表現する。ただし、ｓ２（η）とｓ３（η）を求める際には、信号の内挿処理が必要になることには注意が必要である。
【００３２】
信号ｓ１（η）と信号ｓ２（η）、信号ｓ３（η）の間の位相差を、従来のＡＴＩ法と同様に、信号を干渉させることで、次式のように算出する。
2017154205.tif 000010
2017154205.tif 000011
【００３３】
上式（８）におけるＲ２（η）−Ｒ１（η）は、送受信アンテナ１０６が（Ｖｒη，０，０）の位置にある時刻から、送受信アンテナ１０６から電波を送信し、受信アンテナ１０７ａで当該電波を受信する場合の位相中心の位置が（Ｖｒη，０，０）の位置に来るまでの時間差Δη１に移動目標３００が移動したことにより発生した距離変化を表している。また、Ｒ３（η）−Ｒ２（η）は、（Ｖｒη，０，０）の位置にある時刻に、送受信アンテナ１０６から電波を送信したのち、受信アンテナ１０７ａで当該電波を受信する場合の位相中心の位置が（Ｖｒη，０，０）の位置にきてから、受信アンテナ１０７ｂで当該電波を受信する場合の位相中心の位置が（Ｖｒη，０，０）の位置にくるまでの時間Δη２−Δη１の間に、移動目標３００が移動したことにより発生した距離変化を表している。さらに、Ｒ３（η）−Ｒ１（η）は、送受信アンテナ１０６が（Ｖｒη，０，０）の位置にある時刻に、送受信アンテナ１０６から電波を送信し、受信アンテナ１０７ｂで当該電波を受信する場合の位相中心の位置が（Ｖｒη，０，０）の位置に来るまでの時間差Δη２に移動目標３００が移動したことにより発生した距離変化である。
【００３４】
上記を言い換えると、上式（８）に示した位相差Φ１２（η）とΦ２３（η）、Φ１３（η）は、移動目標３００がΔη１とΔη２−Δη１、Δη２の時間で移動した距離に応じた値であり、速度ｖｇ０に依存する。ここで、位相雑音が無視できる、すなわち信号対雑音比（Ｓｉｇｎａｌ  ｔｏ  Ｎｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏ：Ｓ／Ｎ）が十分に高い場合においては、２ｄ１＝ｄ２であるとするならば、Δη２＝２Δη１であり、移動目標３００が速度ｖｇ０で等速移動しているのであれば、位相差Φ１２（η）とΦ２３（η）は同じ値となる。また、Φ１３（η）／２＝Φ２３（η）＝Φ１２（η）が成立する。
【００３５】
同様に、十分に信号対雑音比が確保されている静止目標（要するに速度ｖｇ０＝０［ｍ／ｓ］の目標）の位相差Φ１２（η）とΦ２３（η）は、常にゼロとなるが、信号対雑音比が低い静止目標には、位相雑音の影響が無視できないため、静止目標であっても位相差Φ１２（η）とΦ２３（η）はゼロにならない。
【００３６】
ただし、この位相差は、位相雑音により発生するランダムな値であり、２ｄ１＝ｄ２とした場合においても位相差Φ１２（η）とΦ２３（η）は、前述の移動目標３００が移動することにより生じる位相差とは異なり同じ値にはならない。また、Φ１３（η）／２＝Φ２３（η）＝Φ１２（η）も成立しない。
【００３７】
上記の性質を利用し、以下のように判断することで、移動目標を抽出することが可能となる。
2017154205.tif 000012
【００３８】
以上が、本実施の形態１に係る移動目標検出装置による移動目標検出の原理である。
本実施の形態１においては、三つのアンテナ開口を用いる形態で説明しているが、本実施の形態１に係る移動目標検出装置による移動目標検出方式は、アンテナ開口の数が四つ以上であっても容易に拡張が可能である。
【００３９】
次に、信号処理部２０による移動目標検出処理について説明する。
ＳＡＲ画像生成部２１は、各受信アンテナで受信された受信信号と、運動計測部３０によって計測されたプラットフォームの速度情報を用いて、ＳＡＲ画像をそれぞれ生成する。ここで、生成されたＳＡＲ画像をｘ１（ｍΔτ，ｎΔη）、ｘ２（ｍΔτ，ｎΔη）、ｘ３（ｍΔτ，ｎΔη）とする。なお、ＳＡＲ画像の生成処理については、例えば非特許文献１等に記載された方法を用いることができるが、これらの方法は公知であるため、ここでの説明は省略する。
【００４０】
ここで、τ［秒］はＳＡＲ画像のレンジ方向軸を時間で表したものであり、Ｆａｓｔ  ｔｉｍｅと呼ばれる。η［秒］は前述の通り観測時刻であるが、ＳＡＲ画像のアジマス方向軸を時間で表したものであり、Ｓｌｏｗ  ｔｉｍｅと呼ばれる。レンジ方向の距離ｒ［ｍ］と、アジマス方向の距離ａ［ｍ］と、τ、ηは、それぞれ次式の関係を満たす。
2017154205.tif 000013
ただし、ｃは光速である。
【００４１】
ＳＡＲ画像生成部２１において生成されたＳＡＲ画像は離散化されたものであるが、ｘ１（ｍΔτ，ｎΔη）、ｘ２（ｍΔτ，ｎΔη）、ｘ３（ｍΔτ，ｎΔη）は、レンジ方向、アジマス方向に、それぞれΔτ、Δηの間隔でサンプリングされて離散化された表現である。また、ｍとｎは、それぞれレンジ方向とアジマス方向の画素番号であり、ｍ＝１，２，…，Ｍ、ｎ＝１，２，…，Ｎの値をとる。また、ＭとＮはそれぞれ、レンジ方向とアジマス方向の画素数である。
【００４２】
レジストレーション部２２は、式（６）で表されるアジマス方向のずれ量Δη１とΔη２を補償するようにリサンプリングを行い、次式で示すように、位置合わせ後のＳＡＲ画像ｚ１（ｍΔτ，ｎΔη）、ｚ２（ｍΔτ，ｎΔη）、ｚ３（ｍΔτ，ｎΔη）を得る。
2017154205.tif 000014
【００４３】
ｚ１（ｍΔτ，ｎΔη）、ｚ２（ｍΔτ，ｎΔη）、ｚ３（ｍΔτ，ｎΔη）には、受信機のゲイン相違などの影響で、振幅及び位相にバイアス誤差が加わる恐れがある。そこで、信号校正部２３では、位置合わせ後のＳＡＲ画像間の比率から、それぞれの位相と振幅のバイアス誤差を推定して補償する。ｚ２（ｍΔτ，ｎΔη）に対するｚ１（ｍΔτ，ｎΔη）の比率の平均値と、ｚ３（ｍΔτ，ｎΔη）に対するｚ１（ｍΔτ，ｎΔη）の比率の平均値をそれぞれ∈１２と∈１３とすると、∈１２と∈１３は次式で定義される。
2017154205.tif 000015
【００４４】
信号校正部２３は、式（１２）で示した補正係数を用いて、次式により、各ＳＡＲ画像間の振幅及び位相インバランスを補正する。
2017154205.tif 000016
【００４５】
なお、∈１２と∈１３の値を予め補正係数として計測しておき、記憶装置２０７に保持しておくことができる場合は、式（１２）によってこれらの値を推定する必要はない。ただし、チャネルインバランス補正処理において、アンテナ高度の微小な相違に起因する地形位相が無視できないような場合は、例えば特開２０１０−１７５３３０号公報に記載の方法などを用いて補正する必要がある。式（１３）においては、∈１２と∈１３は定数の形で記述しているが、地形位相を含めて補償する場合は、∈１２と∈１３は画素毎に一定であるとは限らず、画素番号の関数となる。以下、本明細書においては、地形位相についても補正されたものとして説明を行う。
【００４６】
移動目標検出部２４では、次式のように各ＳＡＲ画像の信号を干渉させて、位相差を算出する。
2017154205.tif 000017
【００４７】
２ｄ１＝ｄ２であるとするならば、Δη２＝２Δη１であり、移動目標３００が速度ｖｇ０で等速移動しているのであれば、位相差Φ１２（ｍΔτ，ｎΔη）とΦ２３（ｍΔτ，ｎΔη）は、同じ値となるため、次式を満たす条件の画素を、移動目標として検出する。
2017154205.tif 000018
【００４８】
式（１５）による判定においては、位相雑音によるΦ１２（ｍΔτ，ｎΔη）とΦ２３（ｍΔτ，ｎΔη）の位相変化が許容できないため、次式のように閾値により、位相雑音に対する耐性が向上する。
2017154205.tif 000019
Φｔｈは移動目標を検出するための閾値であり、制御器２０２から入力する。また、記憶装置２０７に保持するようにしても良い。
【００４９】
2017154205.tif 000020
2017154205.tif 000021
【００５０】
上式（１７）で算出した各ＳＡＲ画像間の位相差から算出したＳＡＲ画像の各画素の視線方向の速度は、移動目標３００が定速移動目標であるならば、推定される速度であり、次式のような判定を行うことで、２ｄ１＝ｄ２が成立しない場合においても移動目標の検出が可能となる。
2017154205.tif 000022
もちろん、式（１６）のように速度の推定誤差を考慮するように拡張することも容易に可能である。
【００５１】
2017154205.tif 000023
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【００５２】
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2017154205.tif 000027
2017154205.tif 000028
【００５３】
以上説明したように、実施の形態１の移動目標検出装置によれば、観測範囲に照射したパルス信号を三つ以上のアンテナで受信した各受信信号を得るレーダ装置と、各受信信号の各ＳＡＲ画像を生成するＳＡＲ画像生成部と、アンテナを搭載したプラットフォームの速度を計測する運動計測部と、運動計測部で計測したプラットフォームの速度情報を用いて、ＳＡＲ画像生成部で生成された各ＳＡＲ画像の位置合わせを行うレジストレーション部と、レジストレーション部で位置合わせされた各ＳＡＲ画像を比較して、各ＳＡＲ画像の振幅及び位相のインバランスを補正する信号校正部と、信号校正部で補正された各ＳＡＲ画像間の位相差を算出し、かつ、算出した位相差を比較することで移動目標を検出する移動目標検出部とを備えたので、従来のような位相雑音により移動目標として誤検出されていた静止目標を移動目標として検出することがなく、移動目標検出性能を向上させることができる。
【００５４】
また、実施の形態１の移動目標検出装置によれば、移動目標検出部は、算出した位相差の標準偏差を算出し、標準偏差を閾値処理することで移動目標を検出するようにしたので、移動目標の検出処理を容易かつ確実に行うことができる。
【００５５】
また、実施の形態１の移動目標検出装置によれば、移動目標検出部は、算出した位相差からレンジ方向の速度を算出し、算出された速度の値を比較することで移動目標を検出するようにしたので、移動目標の検出処理を容易かつ確実に行うことができる。
【００５６】
また、実施の形態１の移動目標検出装置によれば、移動目標検出部は、算出した位相差からレンジ方向の速度を算出し、算出された速度の標準偏差を算出し、標準偏差を閾値処理することで移動目標を検出するようにしたので、移動目標の検出処理を容易かつ確実に行うことができる。
【００５７】
実施の形態２．
図４は実施の形態２に係る移動目標検出装置のハードウェア構成図である。
図４に示す移動目標検出装置は、レーダ装置１０ａと信号処理部２０ａとからなる。レーダ装置１０ａは、励振部１０１、増幅部１０２、受信部１０３、データ記録部１０４、送受切換器１０５、送受信アンテナ１０６、受信アンテナ１０７、運動計測部３０を備える。図２に示した実施の形態１のレーダ装置１０との違いは、受信アンテナ１０７が一本だけである点、すなわち実施の形態２では受信機能を持つアンテナを二つとした点である。その他の構成は実施の形態１と同様であるため、対応する部分に同一符号を付してその説明を省略する。なお、実施の形態２では、受信機能を有するアンテナを二つとして説明しているが、二つ以上であれば、その数は問わない。また、受信部１０３とデータ記録部１０４は、受信チャンネル数分のデータを同時に受信及び記録するする機能を備えることとする。
【００５８】
信号処理部２０ａにおける図面上の構成は図２に示した実施の形態１と同様であるため、対応する部分に同一符号を付してその説明を省略する。
図５は、信号処理部２０ａにおける移動目標検出処理を実現する構成を示す機能ブロック図である。実施の形態２に係る信号処理部２０ａは、実施の形態１の移動目標検出部２４に代えて、サブアパーチャ分割型移動目標検出部２５を備える。その他の構成は、図１に示した構成と同様であるため、対応する部分に同一符号を付してその説明を省略する。
【００５９】
サブアパーチャ分割型移動目標検出部２５は、サブアパーチャ毎の位相差に基づいて移動目標を検出するよう構成された処理部であり、図６に内部構成を示す。
図６において、サブアパーチャ分割型移動目標検出部２５は、アジマス解凍部２５１、サブアパーチャ分割部２５２、サブアパーチャ圧縮部２５３、サブアパーチャ内位相差算出部２５４、サブアパーチャ内移動目標検出部２５５を備える。アジマス解凍部２５１は、信号校正部２３で補正されたＳＡＲ画像にアジマス解凍処理を施す処理部である。サブアパーチャ分割部２５２は、アジマス解凍部２５１でアジマス圧縮を解いたデータをサブアパーチャに分割する処理部である。サブアパーチャ圧縮部２５３は、サブアパーチャ分割部２５２で分割された各サブアパーチャのデータを再度アジマス圧縮する処理部である。サブアパーチャ内位相差算出部２５４は、サブアパーチャ圧縮部２５３においてアジマス圧縮された各サブアパーチャのＳＡＲ画像間の位相差を算出する処理部である。サブアパーチャ内移動目標検出部２５５は、サブアパーチャ内位相差算出部２５４で算出したサブアパーチャ毎の位相差を比較し移動目標を検出する処理部である。
【００６０】
次に、実施の形態２の移動目標検出処理について説明する。
アジマス解凍部２５１は、ＳＡＲ画像生成部２１によるＳＡＲ画像生成のアジマス圧縮に使用したアジマス参照関数の複素共役を畳み込むことによって、アジマス圧縮されたＳＡＲ画像を、アジマス圧縮前の状態に戻す。なお、アジマス圧縮処理やアジマス参照関数の詳細については、非特許文献１や非特許文献２等で記載されているように公知であるため、ここでの説明は省略する。
【００６１】
ここで、アジマス解凍部２５１が出力するアジマス解凍後の信号を次式で表す。
2017154205.tif 000029
【００６２】
サブアパーチャ分割部２５２は、アジマス解凍部２５１によって得られたアジマス圧縮前のアジマスラインの信号に対して、次のサブアパーチャ圧縮部２５３における処理対象とするサブアパーチャに応じたヒット番号を設定し、当該ヒットのデータを抽出する。
【００６３】
図７に、サブアパーチャ分割部２５２において分割するｓｌｏｗ  ｔｉｍｅのヒット番号とサブアパーチャ番号の関係を示す。図７において、７０１は、アジマス解凍部２５１においてアジマス圧縮を解いたＳＡＲデータの一つである。横軸のη［秒］は、アジマス方向の軸を表す時間（ｓｌｏｗ  ｔｉｍｅ）である。サブアパーチャ圧縮部２５３においては、アジマス解凍後のＳＡＲデータから、破線で囲んだ範囲の信号を切り出して、再度アジマス圧縮処理を施す。ここで、切り出される破線で囲んだ範囲をサブアパーチャと呼ぶ。図７に示す通り、サブアパーチャ圧縮部２５３においては、サブアパーチャをアジマス時間軸方向（ｓｌｏｗ  ｔｉｍｅ）方向に移動させながら、切り出された各信号について、アジマス圧縮処理を適用する。
【００６４】
サブアパーチャ圧縮部２５３は、前述の通り、サブアパーチャ分割部２５２により分割したデータに対して、再度サブアパーチャ単位でアジマス圧縮する。サブアパーチャ圧縮部２５３によってアジマス圧縮されて得られる出力信号を次式で表す。
2017154205.tif 000030
なお、Ｎｓｕｂは各サブアパーチャのアジマス方向の点数、Ｎｓｐはサブアパーチャ数である。
【００６５】
2017154205.tif 000031
2017154205.tif 000032
【００６６】
2017154205.tif 000033
【００６７】
2017154205.tif 000034
【００６８】
2017154205.tif 000035
2017154205.tif 000036
【００６９】
2017154205.tif 000037
2017154205.tif 000038
なお、ｔｈｓｕｂは移動目標を算出するための閾値であり、制御器２０２による入力や、記憶装置２０７に予め保持させた値などで設定するものであり、その手段は問わない。
【００７０】
実施の形態２においては、受信するＳＡＲアンテナは、二つ以上として説明したが、上記の通り、三つ以上の受信アンテナであっても同様の処理は可能であり、その拡張は容易である。
【００７１】
以上説明したように、実施の形態２の移動目標検出装置によれば、観測範囲に照射したパルス信号を二つ以上のアンテナで受信した各受信信号を得るレーダ装置と、各受信信号の各ＳＡＲ画像を生成するＳＡＲ画像生成部と、アンテナを搭載したプラットフォームの速度を計測する運動計測部と、運動計測部で計測したプラットフォームの速度情報を用いて、ＳＡＲ画像生成部で生成された各ＳＡＲ画像の位置合わせを行うレジストレーション部と、レジストレーション部で位置合わせされた各ＳＡＲ画像を比較して、各ＳＡＲ画像の振幅及び位相のインバランスを補正する信号校正部と、信号校正部で補正されたＳＡＲ画像にアジマス解凍処理を施すアジマス解凍部と、アジマス解凍部でアジマス圧縮を解いたデータをサブアパーチャに分割するサブアパーチャ分割部と、サブアパーチャ分割部で分割された各サブアパーチャのデータを再度アジマス圧縮するサブアパーチャ圧縮部と、サブアパーチャ圧縮部でアジマス圧縮された各サブアパーチャのＳＡＲ画像間の位相差を算出するサブアパーチャ内位相差算出部と、サブアパーチャ内位相差算出部で算出したサブアパーチャ毎の位相差を比較することで移動目標を検出するサブアパーチャ内移動目標検出部を備えたので、従来のような位相雑音により移動目標として誤検出されていた静止目標を移動目標として検出することがなく、移動目標検出性能を向上させることができる。また、最小限、二つの受信アンテナを具備することで移動目標を検出することが可能となり、システムの簡易化や低コスト化を図ることができる。さらに、サブアパーチャ分割部により分割するサブアパーチャ数を増やすことで、移動目標検出に用いる位相差のサンプル数を、受信アンテナを増やすことなく増加させることが可能となり、位相雑音に対する耐性が上がり、さらに移動目標の検出性能を向上させることができる。
【００７２】
また、実施の形態２の移動目標検出装置によれば、サブアパーチャ内移動目標検出部は、各サブアパーチャ間の位相差からレンジ方向の速度を算出し、算出された速度の値を比較することで移動目標を検出するようにしたので、移動目標の検出処理を容易かつ確実に行うことができる。
【００７３】
また、実施の形態２の移動目標検出装置によれば、サブアパーチャ内移動目標検出部は、各サブアパーチャ間の位相差からレンジ方向の速度を算出し、算出された速度の標準偏差の値を閾値処理することで移動目標を検出するようにしたので、移動目標の検出処理を容易かつ確実に行うことができる。
【００７４】
実施の形態３．
図９は、実施の形態３の移動目標検出装置における移動目標検出処理を実現する構成を示す機能ブロック図である。ここで、実施の形態３における移動目標検出装置のハードウェア構成は図４に示した実施の形態２と同様である。すなわち、図９で示す構成は、図４に示したプロセッサ２０１が実現する機能ブロックについて示している。
実施の形態３に係る移動目標検出装置は、実施の形態２のサブアパーチャ分割型移動目標検出部２５に代えて差分画像サブアパーチャ分割型移動目標検出部２７を備える。また、この差分画像サブアパーチャ分割型移動目標検出部２７に差分画像を与えるための差分画像算出部２６を備える。この差分画像算出部２６は、信号校正部２３で補正された各ＳＡＲ画像に対してクラッタ抑圧処理を行ってＳＡＲ画像の差分画像を算出するよう構成されている。ＳＡＲ画像生成部２１、レジストレーション部２２及び信号校正部２３は実施の形態１、２と同様であるため、ここでの説明は省略する。
【００７５】
図１０は、差分画像サブアパーチャ分割型移動目標検出部２７の構成図である。差分画像サブアパーチャ分割型移動目標検出部２７は、差分画像解凍部２７１、サブアパーチャ分割部２５２、差分画像サブアパーチャ圧縮部２７２、差分画像サブアパーチャ内位相差算出部２７３、差分画像サブアパーチャ内移動目標検出部２７４を備える。差分画像解凍部２７１は、差分画像算出部２６で算出した差分画像にアジマス解凍処理を施す処理部である。サブアパーチャ分割部２５２は、差分画像解凍部２７１でアジマス圧縮を解いた差分画像をサブアパーチャに分割する処理部であり、実施の形態２のサブアパーチャ分割部２５２と同様である。差分画像サブアパーチャ圧縮部２７２は、サブアパーチャ分割部２５２で分割された各サブアパーチャの差分画像を再度アジマス圧縮する処理部である。差分画像サブアパーチャ内位相差算出部２７３は、差分画像サブアパーチャ圧縮部２７２においてアジマス圧縮されたサブアパーチャの差分画像間の位相差を算出する処理部である。差分画像サブアパーチャ内移動目標検出部２７４は、差分画像サブアパーチャ内位相差算出部２７３で算出したサブアパーチャ毎の位相差を比較し移動目標を検出する処理部である。
【００７６】
次に、実施の形態３の移動目標検出処理について説明する。
2017154205.tif 000039
2017154205.tif 000040
本処理は、ＳＡＲ−ＤＰＣＡ（Ｄｉｓｐｌａｃｅｄ  Ｐｈａｓｅ  Ｃｅｎｔｅｒ  Ａｎｔｅｎｎａ）処理として、例えば非特許文献２に記載されているように公知であるため、ここでの説明は省略する。
【００７７】
差分画像算出部２６により得られた差分画像Δｚ（ｍΔτ，ｎΔη）は、信号対雑音比の高い信号は位相雑音の影響を受けにくいため、その信号が抑圧されることになる。一方、移動目標や位相雑音の影響を受けている信号対雑音比の低い目標の信号が抑圧されずに信号が残っている。
【００７８】
差分画像解凍部２７１は、差分画像算出部２６により得られた差分画像Δｚ（ｍΔτ，ｎΔη）に対して、実施の形態２におけるアジマス解凍部２５１と同様に、ＳＡＲ画像生成部２１にて圧縮したアジマス方向の圧縮を解き、アジマス圧縮前の状態に戻す。
ここで、差分画像解凍部２７１が出力するアジマス解凍後の信号を次式で表す。
2017154205.tif 000041
【００７９】
サブアパーチャ分割部２５２は、差分画像解凍部２７１にてアジマス方向の圧縮を解いた信号Δｓ（ｍΔτ，ｎΔη）から、実施の形態２のサブアパーチャ分割部２５２と同様に、サブアパーチャに応じたヒット番号のデータを抽出する。
【００８０】
差分画像サブアパーチャ圧縮部２７２は、実施の形態２におけるサブアパーチャ圧縮部２５３と同様に、アジマス方向に解凍したサブアパーチャ毎の信号に対して、再度アジマス圧縮処理を適用し、アジマス方向に圧縮する。サブアパーチャ毎の差分画像のアジマス圧縮後の信号を次式で表す。
2017154205.tif 000042
【００８１】
2017154205.tif 000043
2017154205.tif 000044
さらに、実施の形態２におけるサブアパーチャ内位相差算出部２５４と同様に位相のアンラップを解く。
【００８２】
次に、差分画像サブアパーチャ内位相差算出部２７３により得られた各サブアパーチャの位相差のデータを、差分画像サブアパーチャ内移動目標検出部２７４に出力する。そして、差分画像サブアパーチャ内移動目標検出部２７４が、サブアパーチャ毎の位相差から移動目標が存在する画素を抽出することにより、移動目標を検出することが可能となる。
【００８３】
実施の形態３においては、受信するＳＡＲアンテナは、二つ以上として説明したが、上記の通り、三つ以上の受信アンテナであっても同様の処理は可能であり、その拡張は容易である。
【００８４】
以上説明したように、実施の形態３の移動目標検出装置によれば、観測範囲に照射したパルス信号を二つ以上のアンテナで受信した各受信信号を得るレーダ装置と、各受信信号の各ＳＡＲ画像を生成するＳＡＲ画像生成部と、アンテナを搭載したプラットフォームの速度を計測する運動計測部と、運動計測部で計測したプラットフォームの速度情報を用いて、ＳＡＲ画像生成部で生成された各ＳＡＲ画像の位置合わせを行うレジストレーション部と、レジストレーション部で位置合わせされた各ＳＡＲ画像を比較して、各ＳＡＲ画像の振幅及び位相のインバランスを補正する信号校正部と、信号校正部で補正された各ＳＡＲ画像に対してクラッタ抑圧処理を行ってＳＡＲ画像の差分画像を算出する差分画像算出部と、差分画像算出部で算出した差分画像にアジマス解凍処理を施す差分画像解凍部と、差分画像解凍部でアジマス圧縮を解いた差分画像をサブアパーチャに分割するサブアパーチャ分割部と、サブアパーチャ分割部で分割された各サブアパーチャの差分画像を再度アジマス圧縮する差分画像サブアパーチャ圧縮部と、差分画像サブアパーチャ圧縮部でアジマス圧縮されたサブアパーチャの差分画像間の位相差を算出する差分画像サブアパーチャ内位相差算出部と、差分画像サブアパーチャ内位相差算出部で算出したサブアパーチャ毎の位相差を比較することで移動目標を検出する差分画像サブアパーチャ内移動目標検出部とを備えたので、従来のような位相雑音により移動目標として誤検出されていた静止目標を移動目標として検出することがなく、移動目標検出性能を向上させることができる。また、アジマス解凍処理の際に、移動目標信号や信号対雑音比の低い静止目標の信号が、周囲の信号対雑音比の高い静止目標の信号に埋もれてしまい検出精度が低下することを抑止することが可能となり、移動目標の検出精度の向上を図ることができる。
【００８５】
実施の形態４．
図１１は、実施の形態４の移動目標検出装置における移動目標検出処理を実現する構成を示す機能ブロック図である。ここで、実施の形態４における移動目標検出装置のハードウェア構成は図４に示した実施の形態２と同様である。すなわち、図１１で示す構成は、図４に示したプロセッサ２０１が実現する機能ブロックについて示している。
実施の形態４に係る移動目標検出装置は、図９に示した実施の形態３の構成に加えて、差分画像算出部２６と差分画像サブアパーチャ分割型移動目標検出部２７との間に、移動目標粗検出部２８と移動目標周辺領域抽出部２９を設けたものである。移動目標粗検出部２８は、移動目標の候補を抽出する処理部である。移動目標周辺領域抽出部２９は、移動目標粗検出部２８にて検出した信号周辺を切り出す処理部である。その他の構成は、図９に示す構成と同様であるため、対応する部分に同一符号を付してその説明を省略する。
【００８６】
移動目標粗検出部２８は、差分画像算出部２６にて算出された式（２６）で表される２枚の差分画像から次式のように出力電力を算出する。
2017154205.tif 000045
上式（３０）に示した出力電力Ｐ（ｍΔτ，ｎΔη）は、静止目標信号を抑圧した結果の出力信号である。主な消え残り成分は、移動目標３００または信号対雑音比が低い位相雑音により位相差が生じた静止目標である。このため、この出力電力Ｐ（ｍΔτ，ｎΔη）に対して、広く知られているＣＦＡＲ（Ｃｏｎｓｔａｎｔ  Ｆａｌｓｅ  Ａｌａｒｍ  Ｒａｔｅ）処理または閾値処理などの検出処理を適用し、移動目標信号と思われる候補の画素を検出することが可能である。なお、移動目標粗検出部２８における移動目標検出方法は、上記の方法に限る必要はなく、移動目標の候補となる画素が抽出できる手段であればその方法は問わない。
【００８７】
移動目標周辺領域抽出部２９は、移動目標粗検出部２８において、移動目標の信号として抽出された周辺の画素の信号を切り出す。移動目標粗検出部２８にて抽出された画素番号を（ｍｔ，ｎｔ）とする。この時、移動目標周辺領域抽出部２９では、次式のように移動目標周辺の画素の切り出しを行う。
2017154205.tif 000046
なお、Ｌは切り出す範囲である。
また、これ以外の動作は実施の形態３と同様であるため、ここでの説明は省略する。
【００８８】
以上説明したように、実施の形態４の移動目標検出装置によれば、移動目標の候補を抽出する移動目標粗検出部を備え、差分画像解凍部は、移動目標粗検出部で検出した信号に対してのみ処理を行うようにしたので、実施の形態３の効果に加えて、処理の高速化を図ることができる効果がある。
【００８９】
また、実施の形態４の移動目標検出装置によれば、移動目標粗検出部にて検出した信号周辺を切り出す移動目標周辺領域抽出部を備え、差分画像解凍部は、移動目標周辺領域抽出部で切り出された信号に対してのみ処理を行うようにしたので、移動目標検出処理の高速化を図ることができる。
【００９０】
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。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
以上のように、この発明に係る移動目標検出装置は、複数のアンテナ開口で受信した信号から移動目標の信号を検出する構成に関するものであり、合成開口レーダにおける移動目標検出を行うのに適している。
【符号の説明】
【００９２】
１０，１０ａ  レーダ装置、２０，２０ａ  信号処理部、２１  ＳＡＲ画像生成部、２２  レジストレーション部、２３  信号校正部、２４  移動目標検出部、２５  サブアパーチャ分割型移動目標検出部、２６  差分画像算出部、２７  差分画像サブアパーチャ分割型移動目標検出部、２８  移動目標粗検出部、２９  移動目標周辺領域抽出部、３０  運動計測部、２５１  アジマス解凍部、２５２  サブアパーチャ分割部、２５３  サブアパーチャ圧縮部、２５４  サブアパーチャ内位相差算出部、２５５  サブアパーチャ内移動目標検出部、２７１  差分画像解凍部、２７２  差分画像サブアパーチャ圧縮部、２７３  差分画像サブアパーチャ内位相差算出部、２７４  差分画像サブアパーチャ内移動目標検出部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年9月7日(2017.9.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
この発明に係る移動目標検出装置は、観測範囲に照射したパルス信号を三つ以上のアンテナで受信した各受信信号を得るレーダ装置と、各受信信号の各ＳＡＲ画像を生成するＳＡＲ画像生成部と、アンテナを搭載したプラットフォームの速度を計測する運動計測部と、運動計測部で計測したプラットフォームの速度情報を用いて、ＳＡＲ画像生成部で生成された各ＳＡＲ画像の位置合わせを行うレジストレーション部と、レジストレーション部で位置合わせされた各ＳＡＲ画像を比較して、各ＳＡＲ画像の振幅及び位相のインバランスを補正する信号校正部と、信号校正部で補正された各ＳＡＲ画像間の位相差を算出し、かつ、算出した位相差の標準偏差を算出し、標準偏差を閾値処理することで移動目標を検出する移動目標検出部とを備えたものである。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
この発明に係る移動目標検出装置は、位置合わせされた各ＳＡＲ画像の信号を干渉させて位相差を算出して位相差の標準偏差を算出し、標準偏差を閾値処理することで移動目標を検出するようにしたものである。これにより、従来のような位相雑音により移動目標として誤検出されていた静止目標を移動目標として検出することがなく、移動目標検出性能を向上させることができる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
観測範囲に照射したパルス信号を三つ以上のアンテナで受信した各受信信号を得るレーダ装置と、
前記各受信信号の各ＳＡＲ（Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ  Ａｐｅｒｔｕｒｅ  Ｒａｄａｒ：合成開口レーダ）画像を生成するＳＡＲ画像生成部と、
前記アンテナを搭載したプラットフォームの速度を計測する運動計測部と、
前記運動計測部で計測した前記プラットフォームの速度情報を用いて、前記ＳＡＲ画像生成部で生成された各ＳＡＲ画像の位置合わせを行うレジストレーション部と、
前記レジストレーション部で位置合わせされた各ＳＡＲ画像を比較して、各ＳＡＲ画像の振幅及び位相のインバランスを補正する信号校正部と、
前記信号校正部で補正された各ＳＡＲ画像間の位相差を算出し、かつ、当該算出した位相差の標準偏差を算出し、当該標準偏差を閾値処理することで移動目標を検出する移動目標検出部とを備えたことを特徴とする移動目標検出装置。
【請求項２】
観測範囲に照射したパルス信号を三つ以上のアンテナで受信した各受信信号を得るレーダ装置と、
前記各受信信号の各ＳＡＲ（Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ  Ａｐｅｒｔｕｒｅ  Ｒａｄａｒ：合成開口レーダ）画像を生成するＳＡＲ画像生成部と、
前記アンテナを搭載したプラットフォームの速度を計測する運動計測部と、
前記運動計測部で計測した前記プラットフォームの速度情報を用いて、前記ＳＡＲ画像生成部で生成された各ＳＡＲ画像の位置合わせを行うレジストレーション部と、
前記レジストレーション部で位置合わせされた各ＳＡＲ画像を比較して、各ＳＡＲ画像の振幅及び位相のインバランスを補正する信号校正部と、
前記信号校正部で補正された各ＳＡＲ画像間の位相差を算出し、前記算出した位相差からレンジ方向の速度を算出し、算出された速度の値を比較することで移動目標を検出する移動目標検出部とを備えたことを特徴とする移動目標検出装置。
【請求項３】
前記移動目標検出部は、前記算出したレンジ方向の速度の標準偏差を算出し、当該標準偏差を閾値処理することで移動目標を検出すること特徴とする請求項２記載の移動目標検出装置。
【請求項４】
観測範囲に照射したパルス信号を二つ以上のアンテナで受信した各受信信号を得るレーダ装置と、
前記各受信信号の各ＳＡＲ画像を生成するＳＡＲ画像生成部と、
前記アンテナを搭載したプラットフォームの速度を計測する運動計測部と、
前記運動計測部で計測した前記プラットフォームの速度情報を用いて、前記ＳＡＲ画像生成部で生成された各ＳＡＲ画像の位置合わせを行うレジストレーション部と、
前記レジストレーション部で位置合わせされた各ＳＡＲ画像を比較して、各ＳＡＲ画像の振幅及び位相のインバランスを補正する信号校正部と、
前記信号校正部で補正されたＳＡＲ画像にアジマス解凍処理を施すアジマス解凍部と、
前記アジマス解凍部でアジマス圧縮を解いたデータをサブアパーチャに分割するサブアパーチャ分割部と、
前記サブアパーチャ分割部で分割された各サブアパーチャのデータを再度アジマス圧縮するサブアパーチャ圧縮部と、
前記サブアパーチャ圧縮部でアジマス圧縮された各サブアパーチャのＳＡＲ画像間の位相差を算出するサブアパーチャ内位相差算出部と、
前記サブアパーチャ内位相差算出部で算出した各サブアパーチャ間の位相差からレンジ方向の速度を算出し、算出された速度の値を比較することで移動目標を検出するサブアパーチャ内移動目標検出部を備えたことを特徴とする移動目標検出装置。
【請求項５】
前記サブアパーチャ内移動目標検出部は、前記算出したレンジ方向の速度の標準偏差の値を閾値処理することで移動目標を検出することを特徴とする請求項４記載の移動目標検出装置。
【請求項６】
観測範囲に照射したパルス信号を二つ以上のアンテナで受信した各受信信号を得るレーダ装置と、
前記各受信信号の各ＳＡＲ画像を生成するＳＡＲ画像生成部と、
前記アンテナを搭載したプラットフォームの速度を計測する運動計測部と、
前記運動計測部で計測した前記プラットフォームの速度情報を用いて、前記ＳＡＲ画像生成部で生成された各ＳＡＲ画像の位置合わせを行うレジストレーション部と、
前記レジストレーション部で位置合わせされた各ＳＡＲ画像を比較して、各ＳＡＲ画像の振幅及び位相のインバランスを補正する信号校正部と、
前記信号校正部で補正された各ＳＡＲ画像に対してクラッタ抑圧処理を行ってＳＡＲ画像の差分画像を算出する差分画像算出部と、
前記差分画像算出部で算出した差分画像から移動目標の候補を抽出する移動目標粗検出部と、
前記移動目標粗検出部で検出した信号に対してのみ、前記差分画像算出部で算出した差分画像にアジマス解凍処理を施す差分画像解凍部と、
前記差分画像解凍部でアジマス圧縮を解いた差分画像をサブアパーチャに分割するサブアパーチャ分割部と、
前記サブアパーチャ分割部で分割された各サブアパーチャの差分画像を再度アジマス圧縮する差分画像サブアパーチャ圧縮部と、
前記差分画像サブアパーチャ圧縮部でアジマス圧縮されたサブアパーチャの差分画像間の位相差を算出する差分画像サブアパーチャ内位相差算出部と、
前記差分画像サブアパーチャ内位相差算出部で算出したサブアパーチャ毎の位相差を比較することで移動目標を検出する差分画像サブアパーチャ内移動目標検出部とを備えたことを特徴とする移動目標検出装置。
【請求項７】
前記移動目標粗検出部にて検出した信号周辺を切り出す移動目標周辺領域抽出部を備え、
前記差分画像解凍部は、前記移動目標周辺領域抽出部で切り出された信号に対してのみ処理を行うことを特徴とする請求項６記載の移動目標検出装置。
【国際調査報告】
2017154205.tif 000058
2017154205.tif 000059
2017154205.tif 000060
2017154205.tif 000061