(57)【要約】  チャープ信号における周波数の変化率を変えながら、チャープ信号を繰り返し空間に放射し、目標に反射されたチャープ信号の反射波を受信して、その反射波の受信信号を出力するレーダセンサ（１）と、レーダセンサ（１）の移動に伴って発生する受信信号における結像位置の位置ずれを補正し、位置ずれ補正後の受信信号からＳＡＲ画像を再生する信号処理部（２）とを備え、信号処理部（２）が、反射波の受信信号を周波数空間上の受信データに変換し、チャープ信号における周波数の変化率毎に、周波数空間上の受信データにおける結像位置の位置ずれを補正してから受信データを時間領域の信号に戻し、各々の変化率における時間領域の信号を結合する。
2017195297.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャープ信号における周波数の変化率を変えながら、前記チャープ信号を繰り返し空間に放射し、目標に反射された前記チャープ信号の反射波を受信して、前記反射波の受信信号を出力するレーダセンサと、
前記レーダセンサの移動に伴って発生する前記受信信号における結像位置の位置ずれを補正し、位置ずれ補正後の受信信号から合成開口レーダ画像を再生する信号処理部とを備え、
前記信号処理部は、前記反射波の受信信号を周波数空間上の受信データに変換し、前記チャープ信号における周波数の変化率毎に、前記周波数空間上の受信データにおける前記結像位置の位置ずれを補正してから前記受信データを時間領域の信号に戻し、各々の変化率における前記時間領域の信号を結合することを特徴とするレーダ処理装置。
【請求項２】
前記信号処理部は、
前記反射波の受信信号を周波数領域の受信データに変換する周波数領域変換部と、
前記チャープ信号における周波数の変化率毎に、当該変化率に対応する位置ずれの補正係数を前記周波数領域変換部により変換された受信データに乗算することで、前記受信データにおける前記結像位置の位置ずれを補正する位置ずれ補正部と、
前記位置ずれ補正部により位置ずれが補正された受信データを時間領域の信号に変換する時間領域変換部と、
前記チャープ信号における周波数の変化率毎に、前記時間領域変換部により変換された時間領域の信号から当該変化率に対応する信号を抽出し、各々の変化率に対応する信号を結合する抽出結合部と、
前記抽出結合部により結合された信号から合成開口レーダ画像を再生する画像再生部とを備えていることを特徴とする請求項１記載のレーダ処理装置。
【請求項３】
前記周波数領域変換部は、前記反射波の受信信号を周波数領域の受信データとして、アジマス周波数空間及びレンジ周波数空間からなる２次元周波数空間上の受信データに変換し、
前記位置ずれ補正部は、前記チャープ信号における周波数の変化率毎に、当該変化率に対応する位置ずれの補正係数を前記２次元周波数空間上の受信データに乗算することで、前記受信データにおける前記結像位置の位置ずれを補正することを特徴とする請求項２記載のレーダ処理装置。
【請求項４】
前記周波数領域変換部は、前記反射波の受信信号を周波数領域の受信データとして、アジマス周波数空間上の受信データに変換し、
前記位置ずれ補正部は、前記チャープ信号における周波数の変化率毎に、当該変化率に対応する位置ずれの補正係数を前記アジマス周波数空間上の受信データに乗算することで、前記受信データにおける前記結像位置の位置ずれを補正することを特徴とする請求項２記載のレーダ処理装置。
【請求項５】
前記信号処理部は、
前記反射波の受信信号をヒット方向に分割して、前記分割した各受信信号のドップラー周波数をそれぞれシフトし、周波数シフト後の各受信信号を前記周波数領域変換部にそれぞれ出力する周波数シフト部と、
前記抽出結合部により結合された各信号におけるドップラー周波数を前記シフト前のドップラー周波数にそれぞれ戻し、前記ドップラー周波数を戻した各信号をヒット方向に結合する周波数復元部とを備えていることを特徴とする請求項２記載のレーダ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、チャープ信号の反射波を受信して、反射波の受信信号から合成開口レーダ画像を再生するレーダ処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
１つ以上のアンテナ開口がプラットフォームの進行方向（以下、「アロングトラック方向」と称する）に並べられ、各々のアンテナ開口で受信された信号を合成開口処理することで、高分解能なレーダ画像である合成開口レーダ（ＳＡＲ：Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ  Ａｐｅｒｔｕｒｅ  Ｒａｄａｒ）画像を再生する技術が知られている。【０００３】
一般的なＨＰＲＦ（Ｈｉｇｈ  Ｐｕｌｓｅ  Ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）レーダで発生するレンジアンビギュイティは、パルス信号を観測するＳＡＲでも不可避であり、このレンジアンビギュイティは、ＳＡＲ画像の画質を大きく低下させる要因となる。
以下の特許文献１には、パルス信号として、時間の経過に伴って周波数が変化するチャープ信号を放射するレーダ処理装置が開示されている。
このレーダ処理装置では、チャープ信号を放射する際、例えば、バーカーコードなどの自己相関符号列にしたがってチャープ信号をアップチャープとダウンチャープの間で切り替えることで、レンジアンビギュイティを抑圧するようにしている。アップチャープのチャープ信号は、時間の経過に伴って周波数が高くなる信号であり、ダウンチャープのチャープ信号は、時間の経過に伴って周波数が低くなる信号である。
チャープ信号におけるアップチャープとダウンチャープを切り替えることで、所望の観測ポイントで反射された信号と、その観測ポイント以外のポイントで反射された信号とを区別することができるため、レンジアンビギュイティを抑圧することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１６７０５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のレーダ処理装置は以上のように構成されているので、アップチャープとダウンチャープの切り替えによって、レンジアンビギュイティを抑圧することができる。しかし、レーダ装置を搭載しているプラットフォームが移動している場合、ドップラーの影響を受けるため、レーダ装置の受信信号におけるレンジ方向の結像位置に、ドップラー周波数と、チャープ信号における周波数の変化率（以下、「チャープレート」と称する）とに応じた位置ずれが生じる。その結果、結像位置が振幅変調して、アロングトラック方向に偽像が発生してしまうという課題があった。【０００６】
以下、アロングトラック方向に偽像が発生する理由を具体的に説明する。
レーダ装置を搭載しているプラットフォームが移動している場合、ドップラーの影響を受けるため、レーダ装置がチャープ信号を放射したのち、レーダ装置が観測ポイントで反射されたチャープ信号の反射波を受信しても、その反射波の受信信号における結像位置に位置ずれが生じることが知られている。
この結像位置の位置ずれ量は、ドップラー周波数とチャープレートに依存するため、例えば、スポットライトモードやＴＯＰＳ（Ｔｅｒｒａｉｎ  Ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ  ｂｙ  Ｐｒｏｇｒｅｓｓｉｖｅ  Ｓｃａｎｓ）など、観測時のドップラーが大きくなる観測方法を用いる場合、結像位置の位置ずれを無視することができなくなる。【０００７】
特に、アップチャープとダウンチャープを交互に切り替えながら観測する方式では、切り替えを行う毎に、結像位置が変化する。
図１３はレーダ装置であるＳＡＲセンサと点目標間の距離Ｒの変化を示す説明図である。
図１３では、アップチャープとダウンチャープが切り替わる毎に、変化している結像位置を表している。ＳＡＲセンサと点目標間の距離ＲはＲ０を最小として、放物線状の軌跡を描いている。軌跡を破線で表している。
「ｄｏｗｎ」は、チャープ信号がダウンチャープで変調されていることを表し、「ｕｐ」は、チャープ信号がアップチャープで変調されていることを表している。【０００８】
ＳＡＲセンサが静止していれば、各々のアジマス時刻において、レンジ圧縮後の受信信号が示す距離Ｒは、放物線状の軌跡上に位置する。アジマス時刻は、パルス信号であるチャープ信号の送信時刻と受信時刻との中間の時刻である。
したがって、受信信号の結像位置である距離Ｒのピーク位置は○の位置に現れるが、ＳＡＲセンサが移動している場合、移動の影響で、レンジ圧縮後の受信信号が示す距離Ｒがレンジ方向にシフトする。このため、距離Ｒのピーク位置は●の位置にシフトする。  
アップチャープとダウンチャープを交互に切り替えながら観測する方式では、チャープの符号に応じて、ピーク位置の位置ずれ方向が反転する。また、ドップラー周波数が正から負に変化することに伴って位置ずれ方向が反転する。【０００９】
位置ずれ量の絶対値は、ドップラー周波数の絶対値に比例して大きくなる。この位置ずれ量の絶対値は、通常、レンジサンプリング間隔より小さいが、図１３に示すように、距離Ｒの軌跡に沿ったアジマス方向の並びにおいて、アジマス方向の振幅変調が発生する。
アジマス方向の振幅変調が発生している状態で、結像位置の位置ずれを補正することなく、受信信号から再生されたＳＡＲ画像には、その振幅変調の影響でアロングトラック方向にアンビギュイティが発生する。【００１０】
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、アロングトラック方向の偽像がない合成開口レーダ画像を再生することができるレーダ処理装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明に係るレーダ処理装置は、チャープ信号における周波数の変化率を変えながら、チャープ信号を繰り返し空間に放射し、目標に反射されたチャープ信号の反射波を受信して、その反射波の受信信号を出力するレーダセンサと、レーダセンサの移動に伴って発生する受信信号における結像位置の位置ずれを補正し、位置ずれ補正後の受信信号から合成開口レーダ画像を再生する信号処理部とを備え、信号処理部が、反射波の受信信号を周波数空間上の受信データに変換し、チャープ信号における周波数の変化率毎に、周波数空間上の受信データにおける結像位置の位置ずれを補正してから受信データを時間領域の信号に戻し、各々の変化率における時間領域の信号を結合するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、信号処理部が、反射波の受信信号を周波数空間上の受信データに変換し、チャープ信号における周波数の変化率毎に、周波数空間上の受信データにおける結像位置の位置ずれを補正してから受信データを時間領域の信号に戻し、各々の変化率における時間領域の信号を結合するように構成したので、アロングトラック方向の偽像がない合成開口レーダ画像を再生することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の実施の形態１によるレーダ処理装置を示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１によるレーダ処理装置の信号処理器２３を示す構成図である。
【図３】この発明の実施の形態１によるレーダ処理装置における信号処理器２３のハードウェア構成図である。
【図４】信号処理器２３がソフトウェアやファームウェアなどで実現される場合のコンピュータのハードウェア構成図である。
【図５】信号処理器２３がソフトウェアやファームウェアなどで実現される場合の処理手順を示すフローチャートである。
【図６】図１のレーダ処理装置による観測のジオメトリを示す説明図である。
【図７】図７ＡはアップチャープのチャープレートＫｒ１に対応する信号が補正されている例を示す説明図、図７ＢはダウンチャープのチャープレートＫｒ２に対応する信号が補正されている例を示す説明図である。
【図８】この発明の実施の形態２によるレーダ処理装置の信号処理器２３を示す構成図である。
【図９】この発明の実施の形態２によるレーダ処理装置における信号処理器２３のハードウェア構成図である。
【図１０】この発明の実施の形態３によるレーダ処理装置の信号処理器２３を示す構成図である。
【図１１】この発明の実施の形態３によるレーダ処理装置における信号処理器２３のハードウェア構成図である。
【図１２】ヒット分割部４７によるデジタル受信信号Ｓｒ［η，τ］の分割処理を示す説明図である。
【図１３】アップチャープとダウンチャープが切り替わる毎に変化する結像位置を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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、添付の図面にしたがって説明する。
【００１５】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるレーダ処理装置を示す構成図である。
図２はこの発明の実施の形態１によるレーダ処理装置の信号処理器２３を示す構成図であり、図３はこの発明の実施の形態１によるレーダ処理装置における信号処理器２３のハードウェア構成図である。
図１から図３において、レーダセンサ１はチャープ信号における周波数の変化率（以下、「チャープレート」と称する）を変えながら、そのチャープ信号を繰り返し空間に放射し、目標に反射されたチャープ信号の反射波を受信して、その反射波の受信信号を出力するレーダ装置である。
信号処理部２はレーダセンサ１の移動に伴って発生する受信信号における結像位置の位置ずれを補正し、位置ずれ補正後の受信信号からＳＡＲ画像（合成開口レーダ画像）を再生する処理を実施する。
この実施の形態１では、レーダセンサ１が切り替えるチャープレートの総数がＮであるとする。
【００１６】
励振部１１は目標の観測に使用するパルス信号として、時間の経過に伴って周波数が変化するチャープ信号を生成し、そのチャープ信号を増幅部１２に繰り返し出力する。
励振部１１により生成されるチャープ信号は、後述する制御器２１から出力された制御信号が示すチャープレートのチャープ信号である。
簡単な例では、時間の経過に伴って周波数が高くなるアップチャープのチャープ信号と、時間の経過に伴って周波数が低くなるダウンチャープのチャープ信号とを交互に生成する態様が考えられるが、励振部１１から出力されるチャープ信号のチャープレートが切り替わるものであればよく、アップチャープのチャープ信号とダウンチャープのチャープ信号とが交互に出力されるものに限るものではない。
また、交互に切り替える必要もなく、チャープレートの異なるチャープ信号が複数回連続して放射されるものであっても構わない。また、アップチャープのチャープ信号とダウンチャープのチャープ信号が同時に出力されるものであってもよい。
【００１７】
増幅部１２は励振部１１から出力されたチャープ信号の信号レベルを所望の信号レベルまで増幅し、増幅後のチャープ信号を送受切換器１３に出力する。
送受切換器１３は送受信アンテナ１４の送信状態と受信状態を切り換える切換器であり、増幅部１２から出力されたチャープ信号を送受信アンテナ１４に出力する一方、送受信アンテナ１４から出力された反射波の信号を受信部１５に出力する。
【００１８】
送受信アンテナ１４は送受切換器１３から出力されたチャープ信号を空間に放射する。
送受信アンテナ１４から空間に放射されたチャープ信号は、例えば飛行機や地表面などの散乱体（目標）に照射されて散乱する。散乱体に散乱されたチャープ信号の一部は、チャープ信号の反射波として送受信アンテナ１４に戻ってくる。
送受信アンテナ１４は、散乱体に散乱されて戻ってきたチャープ信号の反射波を受信し、その反射波の信号であるＲＦ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号を送受切換器１３に出力する。
図１では、１つの送受信アンテナ１４が送信アンテナと受信アンテナを兼ねている例を示しているが、送信アンテナと受信アンテナを別々に備えているものであってもよい。
また、複数の送受信アンテナ１４を備えているものであってもよい。
【００１９】
受信部１５は送受切換器１３から出力されたＲＦ信号の受信処理を実施し、その受信したＲＦ信号をベースバンド信号に変換して、そのベースバンド信号をデータ記録部１６に出力する。
データ記録部１６はＡ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ  ｔｏ  Ｄｉｇｉｔａｌ）変換器１６ａを内蔵しており、Ａ／Ｄ変換器１６ａによって所定のサンプリングレート毎に、受信部１５から出力されたベースバンド信号がアナログ信号からデジタル信号に変換されると、そのデジタル信号であるデジタル受信信号を信号処理部２に出力する。
複数の送受信アンテナ１４が実装されている場合、受信部１５及びデータ記録部１６は、受信チャンネル数分の信号を同時に処理する機能を備えているものとする。
【００２０】
運動計測部１７はレーダセンサ１が搭載されているプラットフォームの運動情報を計測する計測装置である。
即ち、運動計測部１７は、プラットフォームの運動を司る３軸の角度又は角速度と加速度を計測するＩＭＵ（Ｉｎｅｒｔｉａｌ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  Ｕｎｉｔ）、プラットフォームの位置情報を出力するＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）受信機、方位情報を出力する磁気コンパスなど、プラットフォームの位置や姿勢角などを計測する計測器を備えている。
運動計測部１７により計測されたプラットフォームの運動情報は、信号処理部２に出力される。より精度の高い観測を行うには、プラットフォームの位置、速度、姿勢などが計測されることが望ましい。
【００２１】
制御器２１はレーダセンサ１及び信号処理器２３に対して、例えば、チャープレートを示す制御信号を出力することで、合成開口処理を実施させる制御回路である。
記憶装置２２は例えばハードディスクなどで構成されており、レーダセンサ１のデータ記録部１６から出力されたデジタル受信信号や、レーダセンサ１の運動計測部１７から出力されたプラットフォームの運動情報などを記憶する装置である。
信号処理器２３は記憶装置２２に記憶されているデジタル受信信号における結像位置の位置ずれを補正し、位置ずれ補正後の受信信号からＳＡＲ画像を再生する処理を実施する。
表示器２４は例えばＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）などを備えており、信号処理器２３により再生されたＳＡＲ画像をディスプレイに表示する。
【００２２】
信号処理器２３の周波数領域変換部３１はアジマスフーリエ変換部３２及びレンジフーリエ変換部３３を備えており、記憶装置２２に記憶されているデジタル受信信号を周波数領域の受信データに変換する処理を実施する。
アジマスフーリエ変換部３２は例えば図３のアジマスフーリエ変換回路５１で実現されるものであり、記憶装置２２に記憶されているデジタル受信信号をアジマス方向にフーリエ変換し、フーリエ変換後の受信データをレンジフーリエ変換部３３に出力する処理を実施する。
【００２３】
レンジフーリエ変換部３３は例えば図３のレンジフーリエ変換回路５２で実現されるものであり、アジマスフーリエ変換部３２から出力されたフーリエ変換後の受信データをレンジ方向にフーリエ変換して、フーリエ変換後の受信データを位置ずれ補正部３４に出力する処理を実施する。
図２では、アジマスフーリエ変換部３２がデジタル受信信号をアジマス方向にフーリエ変換してから、レンジフーリエ変換部３３がレンジ方向にフーリエ変換する例を示しているが、レンジフーリエ変換部３３がデジタル受信信号をレンジ方向にフーリエ変換してから、アジマスフーリエ変換部３２がアジマス方向にフーリエ変換するようにしてもよい。
【００２４】
位置ずれ補正部３４は例えば図３の位置ずれ補正回路５３で実現されるものであり、チャープ信号のチャープレートＫｒｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）毎に、当該チャープレートＫｒｎに対応する位置ずれの補正係数Ｃｎ（ｆτ，ｆη）を算出し、その補正係数Ｃｎ（ｆτ，ｆη）をレンジフーリエ変換部３３から出力された受信データに乗算することで、その受信データにおける結像位置の位置ずれを補正する処理を実施する。
補正係数算出部３５−ｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）はチャープレートＫｒｎに対応する位置ずれの補正係数Ｃｎ（ｆτ，ｆη）を算出する処理を実施する。
補正係数乗算部３６−ｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）は補正係数算出部３５−ｎにより算出された補正係数Ｃｎ（ｆτ，ｆη）をレンジフーリエ変換部３３から出力された受信データに乗算することで、その受信データにおける結像位置の位置ずれを補正する処理を実施する。
図２では、補正係数算出部３５−ｎがチャープレートＫｒｎに対応する位置ずれの補正係数Ｃｎ（ｆτ，ｆη）を算出する例を示しているが、予め、チャープレートＫｒｎに対応する位置ずれの補正係数Ｃｎ（ｆτ，ｆη）を保持しておくようにしてもよい。
【００２５】
時間領域変換部３７はレンジ逆フーリエ変換部３８−１〜３８−Ｎ及びアジマス逆フーリエ変換部３９−１〜３９−Ｎを備えており、位置ずれ補正部３４により位置ずれが補正された受信データを時間領域の信号に変換する処理を実施する。
レンジ逆フーリエ変換部３８−ｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）は例えば図３のレンジ逆フーリエ変換回路５４で実現されるものであり、位置ずれ補正部３４の補正係数算出部３５−ｎにより位置ずれが補正された受信データをレンジ方向に逆フーリエ変換して、逆フーリエ変換後の受信データをアジマス逆フーリエ変換部３９−ｎに出力する処理を実施する。
アジマス逆フーリエ変換部３９−ｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）は例えば図３のアジマス逆フーリエ変換回路５５で実現されるものであり、レンジ逆フーリエ変換部３８−ｎから出力された受信データをアジマス方向に逆フーリエ変換して、逆フーリエ変換後の受信データを時間領域の信号として抽出結合部４０に出力する処理を実施する。
図２では、レンジ逆フーリエ変換部３８−ｎが受信データをレンジ方向に逆フーリエ変換してから、アジマス逆フーリエ変換部３９−ｎがアジマス方向に逆フーリエ変換する例を示しているが、アジマス逆フーリエ変換部３９−ｎが受信データをアジマス方向に逆フーリエ変換してから、レンジ逆フーリエ変換部３８−ｎがレンジ方向に逆フーリエ変換するようにしてもよい。
【００２６】
抽出結合部４０は例えば図３の抽出結合回路５６で実現されるものであり、時間領域変換部３７のアジマス逆フーリエ変換部３９−１〜３９−Ｎにより変換された時間領域の信号から、チャープ信号のチャープレートＫｒｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）に対応する信号をそれぞれ抽出し、それぞれ抽出したチャープレートＫｒｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）に対応する信号を結合する処理を実施する。
画像再生部４１は例えば図３の画像再生回路５７で実現されるものであり、抽出結合部４０により結合された信号からＳＡＲ画像を再生する処理を実施する。
【００２７】
図２では、信号処理器２３の構成要素であるアジマスフーリエ変換部３２、レンジフーリエ変換部３３、位置ずれ補正部３４、レンジ逆フーリエ変換部３８−１〜３８−Ｎ、アジマス逆フーリエ変換部３９−１〜３９−Ｎ、抽出結合部４０及び画像再生部４１のそれぞれが、図３に示すような専用のハードウェア、即ち、アジマスフーリエ変換回路５１、レンジフーリエ変換回路５２、位置ずれ補正回路５３、レンジ逆フーリエ変換回路５４、アジマス逆フーリエ変換回路５５、抽出結合回路５６及び画像再生回路５７で実現されるものを想定している。
ここで、アジマスフーリエ変換回路５１、レンジフーリエ変換回路５２、位置ずれ補正回路５３、レンジ逆フーリエ変換回路５４、アジマス逆フーリエ変換回路５５、抽出結合回路５６及び画像再生回路５７は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）、または、これらを組み合わせたものが該当する。
【００２８】
ただし、信号処理器２３の構成要素が専用のハードウェアで実現されるものに限るものではなく、信号処理器２３がソフトウェア、ファームウェア、または、ソフトウェアとファームウェアとの組み合わせで実現されるものであってもよい。
ソフトウェアやファームウェアはプログラムとして、コンピュータのメモリに格納される。コンピュータは、プログラムを実行するハードウェアを意味し、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）などが該当する。
また、コンピュータのメモリは、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  Ｅｒａｓａｂｌｅ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒy）などの不揮発性又は揮発性の半導体メモリや、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ）などが該当する。
【００２９】
図４は信号処理器２３がソフトウェアやファームウェアなどで実現される場合のコンピュータのハードウェア構成図である。
信号処理器２３がソフトウェアやファームウェアなどで実現される場合、アジマスフーリエ変換部３２、レンジフーリエ変換部３３、位置ずれ補正部３４、レンジ逆フーリエ変換部３８−１〜３８−Ｎ、アジマス逆フーリエ変換部３９−１〜３９−Ｎ、抽出結合部４０及び画像再生部４１の処理手順をコンピュータに実行させるためのプログラムをメモリ７１に格納し、コンピュータのプロセッサ７２がメモリ７１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。
図５は信号処理器２３がソフトウェアやファームウェアなどで実現される場合の処理手順を示すフローチャートである。
【００３０】
また、図３では信号処理器２３の構成要素のそれぞれが専用のハードウェアで実現される例を示し、図４では、信号処理器２３がソフトウェアやファームウェアなどで実現される例を示しているが、信号処理器２３における一部の構成要素が専用のハードウェアで実現され、残りの構成要素がソフトウェアやファームウェアなどで実現されるものであってもよい。
【００３１】
図６は図１のレーダ処理装置による観測のジオメトリを示す説明図である。
図６を参照しながら、レーダセンサ１の移動に伴う結像位置の位置ずれについて説明するとともに、結像位置の位置ずれに関する補正処理の原理について説明する。
【００３２】
図６では、レーダセンサ１と、観測対象である点目標１００との幾何学的な配置を示しており、プラットフォームの進行方向であるアロングトラック方向、即ち、プラットフォームに搭載されているレーダセンサ１のアジマス方向の速度がＶｒ、アロングトラック方向と直交する方向であるクロストラック方向とレーダセンサ１のビーム指向方向とのなす角であるビームステアリング角がθ、プラットフォームの直下とクロストラック方向とのなす角であるオフナディア角がθｏｆｆである。
また、レーダセンサ１と点目標１００との距離がＲ、レーダセンサ１と点目標１００との最近接距離がＲ０である。
また、図６では、レーダセンサ１から放射されたチャープ信号によるレーダビームのフットプリントを楕円で表しており、アジマス方向と直交する方向を破線で表している。
【００３３】
ここでは、アジマス時刻η＝０におけるレーダセンサ１の送受信アンテナ１４の位置を原点Ｏとして、プラットフォームの進行方向をｘ軸、水平面内でｘ軸と直交し、かつ、プラットフォームの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。
また、プラットフォームの高度をｈとして、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。
【００３４】
この場合、点目標１００のスラントレンジ変化をＲ［η，τ］とすると、レーダセンサ１の送受信アンテナ１４により受信されたのち、データ記録部１６から出力されるベースバンドのデジタル受信信号Ｓｒ［η，τ］は、下記の式（１）のように表される。
2017195297.tif 000003
式（１）において、ηはアジマス時刻、τはレンジ方向の時刻、ｆ０はレーダセンサ１から放射されたチャープ信号の中心周波数である。
また、Ｋｒ［η］はアジマス時刻ηにおけるチャープ信号のチャープレート、ｃは光速、Ｔはチャープ信号のパルス幅である。
【００３５】
式（１）におけるｒｅｃｔ［・］ は矩形関数であり、下記の式（２）のように表される。
2017195297.tif 000004
【００３６】
また、パルス受信中のレーダセンサ１と点目標１００間の変化を考慮するために、名目上のパルス受信位置での点目標１００のレンジをＲ［η］とすると、式（１）における点目標１００のスラントレンジ変化Ｒ［η，τ］は、下記の式（３）のように表される。
2017195297.tif 000005
【００３７】
点目標１００のスラントレンジ変化Ｒ［η，τ］が式（３）で表されるとすると、式（１）のデジタル受信信号Ｓｒ［η，τ］の位相は、下記の式（４）のように表される。
2017195297.tif 000006
【００３８】
式（４）の展開式において、第１項及び第２項は、プラットフォームの移動を考慮しない場合の受信信号の位相を表している。
第３項以降は、プラットフォームの移動に伴う位相変化を表している。
【００３９】
次に、デジタル受信信号Ｓｒ［η，τ］のうち、レンジ方向の信号であるＳｒ［τ］のレンジ圧縮に用いる参照信号Ｓｒｅｆ［τ］が、下記の式（５）で与えられるものとする。
2017195297.tif 000007
【００４０】
レンジ方向の信号Ｓｒ［τ］と参照信号Ｓｒｅｆ［τ］の相関処理によるレンジ圧縮によって、レンジ圧縮後の信号Ｓｏｕｔ［τ］は、下記の式（６）のように表される。
2017195297.tif 000008
【００４１】
レンジ圧縮後の信号Ｓｏｕｔ［τ］の導出では、プラットフォームの移動を考慮しない場合のパルス往復時間をτ０としており、式（６）におけるｓｉｎｃ［・］ は、下記の式（７）で定義されるｓｉｎｃ関数を意味する。
2017195297.tif 000009
【００４２】
式（６）より、相関出力におけるピーク位置τｐｅａｋ［η］は、下記の式（８）のように表される。したがって、相関出力におけるピーク位置τｐｅａｋ［η］は、プラットフォームの移動を考慮しない場合のピーク位置と比べて、ｆｄ（η）／Ｋｒ［η］だけ、位置がずれることになる。
2017195297.tif 000010
式（８）において、ｆｄ（η）はドップラー周波数である。
【００４３】
式（８）からも分かるように、結像位置の位置ずれは、チャープレートＫｒ［η］とドップラー周波数ｆｄ（η）に依存しており、チャープレートＫｒ［η］が小さい場合や、ドップラー周波数ｆｄ（η）が大きい場合に、位置ずれ量が大きくなる。
式（８）に示している結像位置の位置ずれｆｄ（η）／Ｋｒ［η］は、観測中の各アジマス時刻ηにおける点目標１００のドップラー周波数ｆｄ（η）と、アジマス時刻ηのチャープレートＫｒ［η］から補正量を算出することで、解消することが可能である。
チャープレートＫｒ［η］については、励振部１１がチャープ信号を生成する際に、制御器２１から与えられるものであるため、既知の情報として扱うことが可能である。
一方、ドップラー周波数ｆｄ（η）については、点目標１００の位置が未知であることから、ビーム幅分の不定性を含んでおり、一般的には未知数である。このため、受信データから推定する必要がある。
ドップラー周波数ｆｄ（η）の推定は、レーダセンサ１のデータ記録部１６から出力されるデジタル受信信号Ｓｒ［η，τ］をフーリエ変換処理することで、推定することが可能である。
【００４４】
ここで、以下の非特許文献１には、チャープレートが固定である条件の下で、アジマス周波数空間とレンジ周波数空間からなる２次元周波数空間上で結像位置の位置ずれを補正する手法が示されている。
［非特許文献１］Pau Prats-Iraolaet al. “On the processing of very high-resolution space-borne SAR data,” IEEE Trans. Geosci. Remote Sens. vol. 52, no. 10, pp. 6003-6016, Oct. 2014.
しかし、アップチャープとダウンチャープが交互に切り替えられるアップダウン変調の受信信号には、同一のアジマス周波数に、アップ変調の信号とダウン変調の信号が混在してしまうため、非特許文献１に開示されている手法では、チャープレートＫｒ［η］が決まらず、補正量を算出することができない。
【００４５】
そこで、この実施の形態１では、パルス間変調として使用するチャープレートＫｒｎ［η］（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）毎に、受信データにおける結像位置の位置ずれを補正し、各々のチャープレートＫｒｎ［η］で補正された受信データを合成することで、チャープレートが異なる観測についても対応できるようにしている。
【００４６】
式（１）のデジタル受信信号Ｓｒ［η，τ］を２次元周波数空間に変換した信号をＳｆ（ｆτ，ｆη）とすると、このＳｆ（ｆτ，ｆη）のアジマス周波数成分には、パルス間変調で使用したチャープレートＫｒｎ［η］の信号が混在している。ｆτはレンジ周波数、ｆηはアジマス周波数である。
Ｓｆ（ｆτ，ｆη）のアジマス周波数成分に混在しているチャープレートＫｒｎ［η］の信号は、チャープレートＫｒ［η］とドップラー周波数ｆｄ（η）に依存しているため、下記の式（９）に示すように、チャープレートＫｒｎ毎に、結像位置の位置ずれを補正するための補正係数Ｃｎ（ｆτ，ｆη）（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）を算出することができる。式（９）におけるチャープレートＫｒｎは、Ｋｒ［η］に対応している。
2017195297.tif 000011
この補正係数Ｃｎ（ｆτ，ｆη）（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）を２次元周波数空間上に変換した信号Ｓｆ（ｆτ，ｆη）に乗算することで、各々のチャープレートＫｒｎに対応する結像位置の位置ずれが補正された信号Ｓｆｎ（ｆτ，ｆη）（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）が得られる。この処理によりＮ個の補正された信号が得られる。
【００４７】
各々の補正後の信号Ｓｆｎ（ｆτ，ｆη）（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）は、チャープレートＫｒｎに対応する信号の補正はなされているが、他のチャープレートに対応する信号については補正がなされていないため、各々の補正後の信号から、チャープレートＫｒｎに対応する信号抽出する必要がある。
このため、各々の補正後の信号Ｓｆｎ（ｆτ，ｆη）（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）をそれぞれ時間領域の信号に変換することで、Ｎ個の時間領域の補正信号Ｓｃｍｐｎ（τ，η）（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）を得る。
【００４８】
図７はレーダセンサ１と点目標間１００の距離Ｒの変化を示す説明図である。
図７では、チャープレートがアップチャープである場合のチャープ信号が放射される場合と、チャープレートがダウンチャープである場合のチャープ信号が放射される場合とを想定している。
図７ＡはアップチャープのチャープレートＫｒ１に対応する信号が補正されている例を示し、図７ＢはダウンチャープのチャープレートＫｒ２に対応する信号が補正されている例を示している。
【００４９】
結像位置の位置ずれが補正されていない場合、図１３に示すように、レンジ圧縮後の受信信号が示す距離Ｒはレンジ方向にシフトする。このため、距離Ｒのピーク位置が●の位置にシフトしているが、アップチャープのチャープレートＫｒ１に対応する信号が補正された場合、図７Ａに示すように、アップチャープのチャープレートＫｒ１に対応する信号については、距離Ｒの位置にピークが現れている。
ただし、アップチャープのチャープレートＫｒ１に対応する信号が補正されても、ダウンチャープのチャープレートＫｒ２に対応する信号については適正な補正量ではないため、図７Ａに示すように、結像位置の位置ずれが解消されていない。
一方、ダウンチャープのチャープレートＫｒ２に対応する信号が補正された場合、図７Ｂに示すように、ダウンチャープのチャープレートＫｒ２に対応する信号については、距離Ｒの位置にピークが現れている。
ただし、ダウンチャープのチャープレートＫｒ２に対応する信号が補正されても、アップチャープのチャープレートＫｒ１に対応する信号については適正な補正量ではないため、図７Ｂに示すように、結像位置の位置ずれが解消されていない。
【００５０】
Ｎ個の時間領域の補正信号Ｓｃｍｐｎ（τ，η）（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）では、アジマス周波数空間で混在しているＮ個のチャープレートＫｒｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）に対応する信号を分離することが可能であるため、Ｎ個の時間領域の補正信号Ｓｃｍｐｎ（τ，η）から、チャープレートＫｒｎに対応する信号をそれぞれ抽出する。
即ち、時間領域の補正信号Ｓｃｍｐ１（τ，η）からはチャープレートＫｒ１に対応する信号を抽出し、時間領域の補正信号Ｓｃｍｐ２（τ，η）からはチャープレートＫｒ２に対応する信号を抽出し、また、時間領域の補正信号ＳｃｍｐＮ（τ，η）からはチャープレートＫｒＮに対応する信号を抽出する。アジマス時刻ηで用いているチャープ信号のチャープレートは、制御器２１が制御しているため、時間領域では既知である。
最後に、Ｎ個の時間領域の補正信号Ｓｃｍｐｎ（τ，η）からそれぞれ抽出されたＮ個のチャープレートＫｒｎに対応する信号を結合することで、全てのアジマス時刻ηにおいて、結像位置の位置ずれが解消されている信号を得ることができる。
以上が結像位置の位置ずれに関する補正処理の原理である。
【００５１】
次に動作について説明する。
信号処理部２の制御器２１は、各々のアジマス時刻ηにおけるチャープレートを示す制御信号を励振部１１及び信号処理器２３に出力する。
この実施の形態１では、Ｎ個のチャープレートＫｒｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）を使用するものとする。したがって、制御器２１は、例えば、アジマス時刻η＝１でチャープレートＫｒ１を示す制御信号を励振部１１に出力し、アジマス時刻η＝２でチャープレートＫｒ２を示す制御信号を励振部１１に出力し、アジマス時刻η＝ＮでチャープレートＫｒＮを示す制御信号を励振部１１に出力する。
【００５２】
励振部１１は、制御器２１から制御信号を受ける毎に、その制御信号が示すチャープレートＫｒｎのチャープ信号を生成し、そのチャープ信号を増幅部１２に出力する。
増幅部１２は、励振部１１からチャープ信号を受けると、そのチャープ信号の信号レベルを所望の信号レベルまで増幅し、増幅後のチャープ信号を送受切換器１３に出力する。
送受切換器１３は、増幅部１２からチャープ信号を受けると、そのチャープ信号を送受信アンテナ１４に出力する。
これにより、送受信アンテナ１４からチャープ信号が空間に放射される。送受信アンテナ１４から空間に放射されたチャープ信号は、例えば飛行機や地表面などの散乱体に照射されて散乱する。散乱体に散乱されたチャープ信号の一部は、チャープ信号の反射波として送受信アンテナ１４に戻ってくる。
送受信アンテナ１４は、散乱体に散乱されて戻ってきたチャープ信号の反射波を受信し、その反射波の信号であるＲＦ信号を送受切換器１３に出力する。
【００５３】
送受切換器１３は、送受信アンテナ１４からＲＦ信号を受けると、そのＲＦ信号を受信部１５に出力する。
受信部１５は、送受切換器１３からＲＦ信号を受けると、そのＲＦ信号の受信処理を実施し、その受信したＲＦ信号をベースバンド信号に変換して、そのベースバンド信号をデータ記録部１６に出力する。
データ記録部１６のＡ／Ｄ変換器１６ａは、所定のサンプリングレート毎に、受信部１５から出力されたベースバンド信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する。
データ記録部１６は、Ａ／Ｄ変換器１６ａにより変換されたデジタル信号である式（１）のデジタル受信信号Ｓｒ［η，τ］を信号処理部２の記憶装置２２に記録する。
運動計測部１７は、レーダセンサ１が搭載されているプラットフォームの運動情報として、例えば、プラットフォームの位置、速度、姿勢を計測し、その運動情報を信号処理部２の記憶装置２２に記録する。この運動情報は、後述する実施の形態３で利用される。
【００５４】
信号処理器２３は、制御器２１から出力された制御信号が示すチャープレートＫｒｎを参照して、記憶装置２２に記憶されているデジタル受信信号Ｓｒ［η，τ］に対応しているチャープ信号のチャープレートＫｒｎを認識する。
信号処理器２３は、記憶装置２２に記憶されているデジタル受信信号Ｓｒ［η，τ］に対応しているチャープ信号のチャープレートＫｒｎを認識すると、そのチャープレートＫｒｎに基づいてデジタル受信信号Ｓｒ［η，τ］における結像位置の位置ずれを補正し、位置ずれ補正後の受信信号からＳＡＲ画像を再生する。
以下、信号処理器２３の処理内容を具体的に説明する。
【００５５】
周波数領域変換部３１は、記憶装置２２に記憶されているデジタル受信信号Ｓｒ［η，τ］を２次元周波数空間上の信号である受信データＳｆ（ｆτ，ｆη）に変換し、その受信データＳｆ（ｆτ，ｆη）を位置ずれ補正部３４に出力する。
即ち、周波数領域変換部３１のアジマスフーリエ変換部３２は、記憶装置２２に記憶されているデジタル受信信号Ｓｒ［η，τ］を取得して、そのデジタル受信信号Ｓｒ［η，τ］をアジマス方向にフーリエ変換し、フーリエ変換後の受信データをレンジフーリエ変換部３３に出力する（図５のステップＳＴ１）。
周波数領域変換部３１のレンジフーリエ変換部３３は、アジマスフーリエ変換部３２からフーリエ変換後の受信データを受けると、その受信データをレンジ方向にフーリエ変換し、フーリエ変換後の受信データＳｆ（ｆτ，ｆη）を位置ずれ補正部３４に出力する（図５のステップＳＴ２）。
【００５６】
位置ずれ補正部３４の補正係数算出部３５−ｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）は、制御器２１から出力された制御信号が示すチャープレートＫｒｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）毎に、そのチャープレートＫｒｎを上記の式（９）に代入することで、そのチャープレートＫｒｎに対応する位置ずれの補正係数Ｃｎ（ｆτ，ｆη）を算出する（図５のステップＳＴ３）。
位置ずれ補正部３４の補正係数乗算部３６−ｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）は、補正係数算出部３５−ｎが位置ずれの補正係数Ｃｎ（ｆτ，ｆη）を算出すると、その補正係数Ｃｎ（ｆτ，ｆη）をレンジフーリエ変換部３３から出力された受信データＳｆ（ｆτ，ｆη）に乗算することで、その受信データＳｆ（ｆτ，ｆη）における結像位置の位置ずれを補正し、位置ずれ補正後の信号Ｓｆｎ（ｆτ，ｆη）（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）を時間領域変換部３７に出力する（図５のステップＳＴ４）。
即ち、補正係数乗算部３６−１は、補正係数Ｃ１（ｆτ，ｆη）を受信データＳｆ（ｆτ，ｆη）に乗算することで、位置ずれ補正後の信号Ｓｆ１（ｆτ，ｆη）をレンジ逆フーリエ変換部３８−１に出力し、補正係数乗算部３６−２は、補正係数Ｃ２（ｆτ，ｆη）を受信データＳｆ（ｆτ，ｆη）に乗算することで、位置ずれ補正後の信号Ｓｆ２（ｆτ，ｆη）をレンジ逆フーリエ変換部３８−２に出力する。また、補正係数乗算部３６−Ｎは、補正係数ＣＮ（ｆτ，ｆη）を受信データＳｆ（ｆτ，ｆη）に乗算することで、位置ずれ補正後の信号ＳｆＮ（ｆτ，ｆη）をレンジ逆フーリエ変換部３８−Ｎに出力する。
【００５７】
時間領域変換部３７は、位置ずれ補正部３４の補正係数乗算部３６−１〜３６−Ｎから位置ずれ補正後の信号Ｓｆ１（ｆτ，ｆη）〜ＳｆＮ（ｆτ，ｆη）を受けると、位置ずれ補正後の信号Ｓｆ１（ｆτ，ｆη）〜ＳｆＮ（ｆτ，ｆη）を時間領域の信号に変換し、その変換した信号を時間領域の補正信号Ｓｃｍｐ１（τ，η）〜ＳｃｍｐＮ（τ，η）として抽出結合部４０に出力する。
即ち、時間領域変換部３７のレンジ逆フーリエ変換部３８−ｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）は、補正係数乗算部３６−ｎから出力された位置ずれ補正後の信号ＳｆＮ（ｆτ，ｆη）をレンジ方向に逆フーリエ変換して、逆フーリエ変換後の信号をアジマス逆フーリエ変換部３９−ｎに出力する（図５のステップＳＴ５）。
時間領域変換部３７のアジマス逆フーリエ変換部３９−ｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）は、レンジ逆フーリエ変換部３８−ｎから逆フーリエ変換後の信号を受けると、逆フーリエ変換後の信号をアジマス方向に逆フーリエ変換して、逆フーリエ変換後の信号を時間領域の補正信号Ｓｃｍｐｎ（τ，η）として抽出結合部４０に出力する（図５のステップＳＴ６）。
【００５８】
抽出結合部４０は、制御器２１から出力された制御信号が示すチャープレートＫｒｎを参照して、時間領域変換部３７のアジマス逆フーリエ変換部３９−１〜３９−Ｎから出力された時間領域の補正信号Ｓｃｍｐ１（τ，η）〜ＳｃｍｐＮ（τ，η）に対応しているチャープ信号のチャープレートＫｒｎを認識する。
抽出結合部４０は、時間領域の補正信号Ｓｃｍｐ１（τ，η）〜ＳｃｍｐＮ（τ，η）に対応しているチャープ信号のチャープレートＫｒｎを認識すると、時間領域の補正信号Ｓｃｍｐ１（τ，η）〜ＳｃｍｐＮ（τ，η）から、チャープ信号のチャープレートＫｒｎに対応する信号をそれぞれ抽出する（図５のステップＳＴ７）。
即ち、抽出結合部４０は、時間領域の補正信号Ｓｃｍｐ１（τ，η）からチャープレートＫｒ１に対応する信号を抽出し、時間領域の補正信号Ｓｃｍｐ２（τ，η）からチャープレートＫｒ２に対応する信号を抽出し、時間領域の補正信号ＳｃｍｐＮ（τ，η）からチャープレートＫｒＮに対応する信号を抽出する。
そして、抽出結合部４０は、チャープ信号のチャープレートＫｒ１〜ＫｒＮに対応する信号を抽出すると、チャープレートＫｒ１〜ＫｒＮに対応する信号を結合することで、全てのアジマス時刻ηにおいて、結像位置の位置ずれが解消されている信号を得る（図５のステップＳＴ８）。
【００５９】
画像再生部４１は、抽出結合部４０から結像位置の位置ずれが解消されている信号を受けると、その信号に対してレンジ圧縮やアジマス圧縮などの公知の画像再生処理を実施することで、ＳＡＲ画像を再生する（図５のステップＳＴ９）。
表示器２４は、信号処理器２３の画像再生部４１により再生されたＳＡＲ画像をディスプレイに表示する。
また、画像再生部４１により再生されたＳＡＲ画像は記憶装置２２に記録される。
【００６０】
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、信号処理部２が、反射波の受信信号を周波数空間上の受信データに変換し、チャープ信号における周波数の変化率毎に、周波数空間上の受信データにおける結像位置の位置ずれを補正してから受信データを時間領域の信号に戻し、各々の変化率における時間領域の信号を結合するように構成したので、アロングトラック方向の偽像がない合成開口レーダ画像を再生することができる効果を奏する。
【００６１】
この実施の形態１では、２次元周波数空間上で複素関数の補正値である補正係数Ｃｎ（ｆτ，ｆη）を乗算することで、結像位置の位置ずれを補償しているため、観測範囲内の点に対して一度に補正することが可能である。このため、既存の合成開口レーダ処理に対する組み込みが容易である。また、演算負荷をほとんど増やすことなく、アジマスアンビギュイティの発生を防ぐことができる。
また、この実施の形態１では、パルス間変調によるアジマス時刻毎のレンジチャープレートの切り換えに対処することができる。
【００６２】
この実施の形態１では、画像再生部４１が画像再生処理を実施する前に、位置ずれ補正部３４が受信データＳｆ（ｆτ，ｆη）における結像位置の位置ずれを補正しているものを示しているが、画像再生部４１が、周波数領域変換部３１、位置ずれ補正部３４、時間領域変換部３７及び抽出結合部４０の処理内容を実施する機能を備えることで、画像再生処理を実施する過程で、結像位置の位置ずれを補正するようにしてもよい。
【００６３】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、周波数領域変換部３１が、デジタル受信信号Ｓｒ［η，τ］を２次元周波数空間上の受信データＳｆ（ｆτ，ｆη）に変換し、位置ずれ補正部３４が、チャープレートＫｒｎに対応する位置ずれの補正係数Ｃｎ（ｆτ，ｆη）を２次元周波数空間上の受信データＳｆ（ｆτ，ｆη）に乗算することで、結像位置の位置ずれを補正するものを示したが、この実施の形態２では、デジタル受信信号Ｓｒ［η，τ］をアジマス方向にフーリエ変換し、フーリエ変換後の受信データにおける結像位置の位置ずれを補正するものについて説明する。
即ち、この実施の形態２では、レンジ方向にはフーリエ変換せずに、レンジ方向における結像位置の位置ずれを時間軸上で補正するものについて説明する。
【００６４】
図８はこの発明の実施の形態２によるレーダ処理装置の信号処理器２３を示す構成図であり、図９はこの発明の実施の形態２によるレーダ処理装置における信号処理器２３のハードウェア構成図である。
図８及び図９において、図２及び図３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。
この実施の形態２では、周波数領域変換部３１がアジマスフーリエ変換部３２を備えているが、レンジフーリエ変換部３３を備えていない。
また、時間領域変換部３７がアジマス逆フーリエ変換部３９−ｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）を備えているが、レンジ逆フーリエ変換部３８−ｎを備えていない。
【００６５】
位置ずれ補正部４２は例えば図９の位置ずれ補正回路５８で実現されるものであり、チャープ信号のチャープレートＫｒｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）毎に、当該チャープレートＫｒｎに対応する位置ずれの補正係数Ｃｔｎ（ｆη）を算出し、その補正係数Ｃｔｎ（ｆη）をアジマスフーリエ変換部３２から出力された受信データに乗算することで、その受信データにおける結像位置の位置ずれを補正する処理を実施する。
補正係数算出部４３−ｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）はチャープレートＫｒｎに対応する位置ずれの補正係数Ｃｔｎ（ｆη）を算出する処理を実施する。
補正係数乗算部４４−ｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）は補正係数算出部４３−ｎにより算出された補正係数Ｃｔｎ（ｆη）をアジマスフーリエ変換部３２から出力された受信データに乗算することで、レンジ方向における結像位置の位置ずれを時間軸上で補正する処理を実施する。
図８では、補正係数算出部４３−ｎがチャープレートＫｒｎに対応する位置ずれの補正係数Ｃｔｎ（ｆη）を算出する例を示しているが、予め、チャープレートＫｒｎに対応する位置ずれの補正係数Ｃｔｎ（ｆη）を保持しておくようにしてもよい。
【００６６】
図８では、信号処理器２３の構成要素であるアジマスフーリエ変換部３２、位置ずれ補正部４２、アジマス逆フーリエ変換部３９−１〜３９−Ｎ、抽出結合部４０及び画像再生部４１のそれぞれが、図９に示すような専用のハードウェア、即ち、アジマスフーリエ変換回路５１、位置ずれ補正回路５８、アジマス逆フーリエ変換回路５５、抽出結合回路５６及び画像再生回路５７で実現されるものを想定している。
ただし、信号処理器２３の構成要素が専用のハードウェアで実現されるものに限るものではなく、信号処理器２３がソフトウェア、ファームウェア、または、ソフトウェアとファームウェアとの組み合わせで実現されるものであってもよい。
信号処理器２３がソフトウェアやファームウェアなどで実現される場合、アジマスフーリエ変換部３２、位置ずれ補正部４２、アジマス逆フーリエ変換部３９−１〜３９−Ｎ  、抽出結合部４０及び画像再生部４１の処理手順をコンピュータに実行させるためのプログラムを図４に示すメモリ７１に格納し、コンピュータのプロセッサ７２がメモリ７１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。
【００６７】
次に動作について説明する。
周波数領域変換部３１のアジマスフーリエ変換部３２は、記憶装置２２に記憶されているデジタル受信信号Ｓｒ［η，τ］を取得して、そのデジタル受信信号Ｓｒ［η，τ］をアジマス方向にフーリエ変換し、フーリエ変換後の受信データを位置ずれ補正部４２に出力する。
【００６８】
位置ずれ補正部４２の補正係数算出部４３−ｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）は、下記の式（１０）に示すように、制御器２１から出力された制御信号が示すチャープレートＫｒｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）毎に、チャープレートＫｒｎに対応する位置ずれの補正係数Ｃｔｎ（ｆη）を算出し、その補正係数Ｃｔｎ（ｆη）を補正係数乗算部４４−ｎに出力する。
2017195297.tif 000012
【００６９】
位置ずれ補正部４２の補正係数乗算部４４−ｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）は、補正係数算出部４３−ｎから補正係数Ｃｔｎ（ｆη）を受けると、その補正係数Ｃｔｎ（ｆη）をアジマスフーリエ変換部３２から出力された受信データに乗算することで、レンジ方向における結像位置の位置ずれを時間軸上で補正し、位置ずれ補正後の信号を時間領域変換部３７に出力する。
即ち、補正係数乗算部４４−１は、補正係数Ｃｔ１（ｆη）をアジマスフーリエ変換部３２から出力された受信データに乗算することで、位置ずれ補正後の信号をアジマス逆フーリエ変換部３９−１に出力し、補正係数乗算部４４−２は、補正係数Ｃｔ２（ｆη）をアジマスフーリエ変換部３２から出力された受信データに乗算することで、位置ずれ補正後の信号をアジマス逆フーリエ変換部３９−２に出力する。また、補正係数乗算部４４−Ｎは、補正係数ＣｔＮ（ｆη）をアジマスフーリエ変換部３２から出力された受信データに乗算することで、位置ずれ補正後の信号をアジマス逆フーリエ変換部３９−Ｎに出力する。
【００７０】
時間領域変換部３７のアジマス逆フーリエ変換部３９−ｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）は、補正係数乗算部４４−ｎから出力された位置ずれ補正後の信号をアジマス方向に逆フーリエ変換して、逆フーリエ変換後の信号を時間領域の補正信号Ｓｃｍｐｎ（τ，η）として抽出結合部４０に出力する。
【００７１】
以上で明らかなように、この実施の形態２によれば、信号処理部２が、反射波の受信信号を周波数空間上の受信データに変換し、チャープ信号における周波数の変化率毎に、周波数空間上の受信データにおける結像位置の位置ずれを補正してから受信データを時間領域の信号に戻し、各々の変化率における時間領域の信号を結合するように構成したので、アロングトラック方向の偽像がない合成開口レーダ画像を再生することができる効果を奏する。
【００７２】
また、この実施の形態２によれば、補正係数Ｃｔｎ（ｆη）をアジマスフーリエ変換部３２から出力された受信データに乗算することで、レンジ方向における結像位置の位置ずれを時間軸上で補正するように構成したので、レンジフーリエ変換部３３及びレンジ逆フーリエ変換部３８−１〜３８−Ｎを省略することが可能である。このため、上記実施の形態１よりも、演算負荷を軽減させることができるとともに、構成の簡略化を図ることができる。
【００７３】
実施の形態３．
上記実施の形態１，２では、レーダセンサ１により観測されるドップラー帯域が観測時のパルス繰返し周波数（Ｐｕｌｓｅ  Ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ：ＰＲＦ）以下であることを前提としている。
しかし、スポットライトモード、スライディングスポットライトモードやＴＯＰＳなどのように、ビーム走査を実施する観測方式では、観測領域内のドップラー周波数以上のＰＲＦで観測することは、データ量の増大を招くため、一般的には瞬時的なドップラー帯域がＰＲＦ以下となる観測を行っている。
この実施の形態３では、レーダセンサ１がビーム走査を実施する観測方式を採用している場合の結像位置の位置ずれ補正について説明する。
【００７４】
図１０はこの発明の実施の形態３によるレーダ処理装置の信号処理器２３を示す構成図であり、図１１はこの発明の実施の形態３によるレーダ処理装置における信号処理器２３のハードウェア構成図である。
図１０及び図１１において、図２及び図３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。
ドップラー周波数演算部４５は例えば図１１に示すドップラー周波数演算回路５９で実現されるものであり、記憶装置２２に記憶されている運動情報が示すプラットフォームの位置、速度及び姿勢と、レーダセンサ１の送受信アンテナ１４から放射されるチャープ信号の指向方向とから、レーダセンサ１の受信信号に含まれているドップラー周波数を算出する処理を実施する。
この実施の形態３では、レーダセンサ１の送受信アンテナ１４から、指向方向を変えながらチャープ信号が放射されるものとする。
【００７５】
周波数シフト部４６はヒット分割部４７及びドップラーシフト部４８を備えている。
ヒット分割部４７は例えば図１１に示すヒット分割回路６０で実現されるものであり、記憶装置２２に記憶されているデジタル受信信号Ｓｒ［η，τ］をヒット方向に分割する処理を実施する。
ドップラーシフト部４８は例えば図１１に示すドップラーシフト回路６１で実現されるものであり、ヒット分割部４７により分割された各受信信号のドップラー周波数をそれぞれシフトし、周波数シフト後の各受信信号を周波数領域変換部３１にそれぞれ出力する処理を実施する。
【００７６】
周波数復元部４９はドップラーシフト戻し部４９ａ及びヒット結合部４９ｂを備えている。
ドップラーシフト戻し部４９ａは例えば図１１に示すドップラーシフト戻し回路６２で実現されるものであり、抽出結合部４０により結合された各信号におけるドップラー周波数を、ドップラーシフト部４８によるシフト前のドップラー周波数にそれぞれ戻す処理を実施する。
ヒット結合部４９ｂは例えば図１１に示すヒット結合回路６３で実現されるものであり、ドップラーシフト戻し部４９ａによりドップラー周波数が元のドップラー周波数に戻された各信号をヒット方向に結合する処理を実施する。
図１０の信号処理器２３は、ドップラー周波数演算部４５、周波数シフト部４６及び周波数復元部４９を上記実施の形態１における図２の信号処理器２３に適用している例を示しているが、ドップラー周波数演算部４５、周波数シフト部４６及び周波数復元部４９を上記実施の形態２における図８の信号処理器２３に適用するようにしてもよい。
【００７７】
図１０では、信号処理器２３の構成要素であるドップラー周波数演算部４５、ヒット分割部４７、ドップラーシフト部４８、アジマスフーリエ変換部３２、レンジフーリエ変換部３３、位置ずれ補正部３４、レンジ逆フーリエ変換部３８−１〜３８−Ｎ、アジマス逆フーリエ変換部３９−１〜３９−Ｎ、抽出結合部４０、ドップラーシフト戻し部４９ａ、ヒット結合部４９ｂ及び画像再生部４１のそれぞれが、図１１に示すような専用のハードウェア、即ち、ドップラー周波数演算回路５９、ヒット分割回路６０、ドップラーシフト回路６１、アジマスフーリエ変換回路５１、レンジフーリエ変換回路５２、位置ずれ補正回路５３、レンジ逆フーリエ変換回路５４、アジマス逆フーリエ変換回路５５、抽出結合回路５６、ドップラーシフト戻し回路６２、ヒット結合回路６３及び画像再生回路５７で実現されるものを想定している。
【００７８】
ただし、信号処理器２３の構成要素が専用のハードウェアで実現されるものに限るものではなく、信号処理器がソフトウェア、ファームウェア、または、ソフトウェアとファームウェアとの組み合わせで実現されるものであってもよい。
信号処理器２３がソフトウェアやファームウェアなどで実現される場合、ドップラー周波数演算部４５、ヒット分割部４７、ドップラーシフト部４８、アジマスフーリエ変換部３２、レンジフーリエ変換部３３、位置ずれ補正部３４、レンジ逆フーリエ変換部３８−１〜３８−Ｎ、アジマス逆フーリエ変換部３９−１〜３９−Ｎ、抽出結合部４０、ドップラーシフト戻し部４９ａ、ヒット結合部４９ｂ及び画像再生部４１の処理手順をコンピュータに実行させるためのプログラムを図４に示すメモリ７１に格納し、コンピュータのプロセッサ７２がメモリ７１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。
【００７９】
次に動作について説明する。
ドップラー周波数演算部４５、周波数シフト部４６及び周波数復元部４９以外は、上記実施の形態１，２と同様であるため、ここでは、ドップラー周波数演算部４５、周波数シフト部４６及び周波数復元部４９の処理内容を説明する。
【００８０】
ドップラー周波数演算部４５は、記憶装置２２に記憶されている運動情報が示すプラットフォームの位置、速度及び姿勢と、レーダセンサ１の送受信アンテナ１４から放射されるチャープ信号の指向方向とから、レーダセンサ１の受信信号に含まれているドップラー周波数を算出する。ドップラー周波数の算出処理自体は公知の技術であるため詳細な説明を省略する。
【００８１】
周波数シフト部４６のヒット分割部４７は、記憶装置２２に記憶されているデジタル受信信号Ｓｒ［η，τ］を取得し、そのデジタル受信信号Ｓｒ［η，τ］に含まれているドップラー帯域がＰＲＦ以下となるように、そのデジタル受信信号Ｓｒ［η，τ］をヒット方向に分割する。即ち、そのデジタル受信信号Ｓｒ［η，τ］を複数のサブアパーチャに分割する。
ここで、図１２はヒット分割部４７によるデジタル受信信号Ｓｒ［η，τ］の分割処理を示す説明図である。
図１２において、横軸のアジマス時刻ηは、アジマス方向の軸を表す時間（ｓｌｏｗ  ｔｉｍｅ）である。
ヒット分割部４７は、デジタル受信信号Ｓｒ［η，τ］から破線で囲んでいる範囲の信号をサブアパーチャとして切り出すことで、デジタル受信信号Ｓｒ［η，τ］を分割している。
【００８２】
サブアパーチャで切り出す大きさは、例えば、以下の非特許文献２に開示されているように、デジタル受信信号Ｓｒ［η，τ］に含まれているドップラー帯域がＰＲＦ以下となる範囲である。
［非特許文献２］
J. Mittermayer, A. Moreira, O. Loffeld: “Spotlight SAR Data Processing Using the Frequency Scaling Algorithm,”  IEEE Trans. on Geosc. and Remote Sensing, Vol. 37, No. 5, Sept. 1999, pp. 2198-2214. 
【００８３】
ヒット分割部４７により分割されたサブアパーチャの信号は、下記の式（１１）のように表される。
2017195297.tif 000013
ただし、Ｎｓｕｂは各サブアパーチャにおけるアジマス方向の点数、Ｎｓｐはサブアパーチャ数である。
【００８４】
図１２の例では、各サブアパーチャの切り出し範囲が重複しないようにしているが、各サブアパーチャの切り出し範囲の一部が重複しているものであってもよい。
また、図１２の例では、各サブアパーチャの大きさが均一になるように切り出されているが、切り出した後のドップラー帯域がＰＲＦ以下になればよく、各サブアパーチャの大きさが不均一に切り出されるものであってもよい。
【００８５】
ドップラーシフト部４８は、下記の式（１２）に示すように、ドップラー周波数演算部４５により算出されたドップラー周波数の中心周波数ｆｄｃｎｓｕｂから、ヒット分割部４７により分割されたサブアパーチャの信号のシフトに用いるシフト係数Ｈｎｓｕｂ０［ｎΔη］を算出する。
2017195297.tif 000014
【００８６】
ドップラーシフト部４８は、シフト係数Ｈｎｓｕｂ０［ｎΔη］を算出すると、ヒット分割部４７により分割されたサブアパーチャの信号Ｓｎｓｕｂ（ｍΔτ，ｎΔη）に対して、シフト係数Ｈｎｓｕｂ０［ｎΔη］を乗算することで、ドップラー周波数のシフトを行い、ドップラー周波数をシフトした信号をアジマスフーリエ変換部３２に出力する。
これにより、アジマスフーリエ変換部３２の出力信号に発生するドップラーの折り返しが解消される。
【００８７】
周波数復元部４９のドップラーシフト戻し部４９ａは、抽出結合部４０からチャープレートＫｒ１〜ＫｒＮに対応する信号が結合された信号（以下、「結合信号」と称する）を受けると、チャープレートＫｒ１〜ＫｒＮに対応する結合信号におけるドップラー周波数を、ドップラーシフト部４８によるシフト前のドップラー周波数に戻す処理を実施する。
即ち、ドップラーシフト戻し部４９ａは、下記の式（１３）に示すように、ドップラー周波数演算部４５により算出されたドップラー周波数の中心周波数ｆｄｃｎｓｕｂから、ドップラー周波数を戻すためのシフト係数Ｈｎｓｕｂ１［ｎΔη］を算出する。
2017195297.tif 000015
【００８８】
ドップラーシフト戻し部４９ａは、シフト係数Ｈｎｓｕｂ１［ｎΔη］を算出すると、抽出結合部４０から出力された各結合信号に対して、シフト係数Ｈｎｓｕｂ１［ｎΔη］を乗算することで、各結合信号におけるドップラー周波数を、ドップラーシフト部４８によるシフト前のドップラー周波数に戻すようにする。
【００８９】
周波数復元部４９のヒット結合部４９ｂは、ドップラーシフト戻し部４９ａによりドップラー周波数が元のドップラー周波数に戻された各結合信号をヒット方向に結合することで、ヒット分割部４７により分割される前のデジタル受信信号を再現する。
即ち、ヒット結合部４９ｂは、ドップラーシフト戻し部４９ａによりドップラー周波数が復元された各結合信号をサブアパーチャの信号として再配置することで、分割前のデジタル受信信号に相当するデジタル受信信号を再現する。
画像再生部４１は、ヒット結合部４９ｂにより再現されたデジタル受信信号からＳＡＲ画像を再生する。
また、画像再生部４１により再生されたＳＡＲ画像は記憶装置２２に記録される。
【００９０】
以上で明らかなように、この実施の形態３によれば、周波数シフト部４６が、デジタル受信信号Ｓｒ［η，τ］をヒット方向に分割して、分割した各受信信号のドップラー周波数をそれぞれシフトし、周波数シフト後の各受信信号を周波数領域変換部３１にそれぞれ出力するように構成したので、上記実施の形態１，２と同様に、アロングトラック方向の偽像がない合成開口レーダ画像を再生することができるほか、レーダセンサ１がビーム走査を実施する観測方式を採用している場合でも、結像位置の位置ずれを補正することができる効果を奏する。
【００９１】
この実施の形態３では、画像再生部４１が画像再生処理を実施する前に、位置ずれ補正部３４が受信データＳｆ（ｆτ，ｆη）における結像位置の位置ずれを補正しているものを示しているが、画像再生部４１が、ドップラー周波数演算部４５、周波数シフト部４６、周波数領域変換部３１、位置ずれ補正部３４、時間領域変換部３７、抽出結合部４０及び周波数復元部４９の処理内容を実施する機能を備えることで、画像再生処理を実施する過程で、結像位置の位置ずれを補正するようにしてもよい。
【００９２】
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】
【００９３】
この発明は、チャープ信号の反射波を受信して、反射波の受信信号から合成開口レーダ画像を再生するレーダ処理装置に適している。
【符号の説明】
【００９４】
１  レーダセンサ、２  信号処理部、１１  励振部、１２  増幅部、１３  送受切換器、１４  送受信アンテナ、１５  受信部、１６  データ記録部、１６ａ  Ａ／Ｄ変換器、１７  運動計測部、２１  制御器、２２  記憶装置、２３  信号処理器、２４  表示器、３１  周波数領域変換部、３２  アジマスフーリエ変換部、３３  レンジフーリエ変換部、３４  位置ずれ補正部、３５−１〜３５−Ｎ  補正係数算出部、３６−１〜３６−Ｎ  補正係数乗算部、３７  時間領域変換部、３８−１〜３８−Ｎ  レンジ逆フーリエ変換部、３９−１〜３９−Ｎ  アジマス逆フーリエ変換部、４０  抽出結合部、４１  画像再生部、４２  位置ずれ補正部、４３−１〜４３−Ｎ  補正係数算出部、４４−１〜４４−Ｎ  補正係数乗算部、４５  ドップラー周波数演算部、４６  周波数シフト部、４７  ヒット分割部、４８  ドップラーシフト部、４９  周波数復元部、４９ａ  ドップラーシフト戻し部、４９ｂ  ヒット結合部、５１  アジマスフーリエ変換回路、５２  レンジフーリエ変換回路、５３  位置ずれ補正回路、５４  レンジ逆フーリエ変換回路、５５  アジマス逆フーリエ変換回路、５６  抽出結合回路、５７  画像再生回路、５８  位置ずれ補正回路、５９  ドップラー周波数演算回路、６０  ヒット分割回路、６１  ドップラーシフト回路、６２  ドップラーシフト戻し回路、６３  ヒット結合回路、７１  メモリ、７２  プロセッサ、１００  点目標。
【図１】
2017195297.tif 000016
【図２】
2017195297.tif 000017
【図３】
2017195297.tif 000018
【図４】
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【図５】
2017195297.tif 000020
【図６】
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【図７】
2017195297.tif 000022
【図８】
2017195297.tif 000023
【図９】
2017195297.tif 000024
【図１０】
2017195297.tif 000025
【図１１】
2017195297.tif 000026
【図１２】
2017195297.tif 000027
【図１３】
2017195297.tif 000028
【国際調査報告】
2017195297.tif 000029
2017195297.tif 000030
2017195297.tif 000031
2017195297.tif 000032