(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナ走査角度毎の受信信号のレンジ方向の最大振幅値を表示画像のデータとして算出するレーダ信号処理方法において、
前記最大振幅値のデータを表示画像上の小領域毎に区切り、スペクトラム解析を行って小領域毎の特徴を抽出するとともに、前記最大振幅値が得られたレンジビンを抽出し、各小領域の範囲と該範囲における最大振幅値が得られたレンジビンとから各小領域内の前記レンジビンの分散により目標またはクラッタとノイズとを判別し、小領域毎の前記特徴の種別を判定し、種別の異なるクラッタ間の振幅差を補間してクラッタの存在及び種別の違いを強調して表示画像のデータとすることを特徴とするレーダ信号処理方法。
【請求項２】
最大振幅値における位相情報を抽出し、当該位相情報を前記表示画像上の前記小領域毎に区切り、スペクトラム解析を行って小領域毎の特徴を抽出し、小領域毎の前記特徴の種別を判定することを特徴とする請求項１記載のレーダ信号処理方法。
【請求項３】
前記スペクトラム解析は、ウォルシュ変換により得られるウォルシュ係数を用いて特徴ベクトルを算出し、スペクトル情報を取得する手法を用いることを特徴とする請求項１又は２記載のレーダ信号処理方法。
【請求項４】
前記表示画像のデータは、更に表示画像内の最大振幅値と最小振幅値の範囲で画像表示の階調表現に変換することを特徴とする請求項１、２又は３記載のレーダ信号処理方法。
【請求項５】
アンテナ走査角度毎の受信信号のレンジ方向の最大振幅値を表示画像のデータとして算出するレーダ信号処理装置において、
前記最大振幅値のデータを表示画面上の小領域毎に区切る領域分割回路と、分割された小領域毎の特徴を示すスペクトル情報を算出するためのスペクトラム解析回路と、最大振幅値の得られたレンジビンを抽出するレンジビン抽出回路と、各小領域の範囲とその範囲におけるレンジビン抽出回路の出力とから各小領域内のレンジビンの分散により目標またはクラッタとノイズとを判別するクラッタ判定回路と、スペクトラム解析回路の出力とクラッタ判定回路の出力とから各小領域の前記特徴の種別を判定する相関処理判定回路と、種別の異なるクラッタ間の振幅差を補間するためのデータ補間回路とを有することを特徴とするレーダ信号処理装置。
【請求項６】
前記最大振幅値における位相情報を抽出する位相抽出回路と、前記位相抽出回路の出力を前記小領域毎に区切る領域分割回路と、前記領域分割回路により分割された小領域毎の位相分散による特徴を示すスペクトル情報を算出するスペクトラム解析回路とを有し、前記相関処理判定回路は、両スペクトラム解析回路の出力とクラッタ判定回路の出力とから各小領域の特徴の種別を高精度に判定することを特徴とする請求項５記載のレーダ信号処理装置。
【請求項７】
前記スペクトラム解析回路は、ウォルシュ変換により得られるウォルシュ係数を用いて特徴ベクトルを算出し、スペクトル情報を取得する手法に基づく信号解析を行うことを特徴とする請求項５又は６記載のレーダ信号処理装置。
【請求項８】
前記表示画像のデータを表示画像内の最大振幅値と最小振幅値の範囲で画像表示の階調表現に変換する階調処理回路を備えることを特徴とする請求項５、６又は７記載のレーダ信号処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はレーダ受信信号の表示処理に関し、特に目標のみならず背景（クラッタ）を含む地形状況を画像表示するための画像レーダ用のレーダ信号処理方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、従来の画像レーダに用いられる信号処理装置を示す図である。図４を参照して従来の信号処理装置の構成及び動作を説明する。
【０００３】
従来の画像レーダに用いられる信号処理装置は、入力されたディジタル受信信号から特定のアンテナ走査角度におけるレンジ方向の最大振幅値を算出するための最大振幅値検出回路１と、前記最大振幅値検出回路１で得られたデータからノイズを含む不要信号を除去するためのしきい値処理回路２と、前記しきい値処理回路２により得られたデータから表示画像内の最大振幅値と最小振幅値の範囲で目標等の視認性を高めるため、振幅値の変動幅を階調表現に変換するための階調処理回路３と、前記階調処理回路３で処理されたデータを表示画像のデータとして画像表示するための表示器４とで構成される。
【０００４】
ここで表示される画像は、例えば横軸にアジマス角度、縦軸にエレベーション角度の２次元画像とすると、１セル（２次元画像の最小単位又は当該単位の画像情報）は、縦横共にアンテナの走査角度きざみとなり、セルの階調はレンジ方向の最大振幅値とする。但し、最大振幅値がしきい値以下の場合は、しきい値の値とする。
【０００５】
また、目標などの反射強度が大きい部分に相当するセルは、他の目標外の反射強度が小さいセルとの階調差が大きいため目視による目標の存在が認識しやすいが、目標の背景となるクラッタなどに相当するセルは、反射強度が微弱であるため階調差が小さく、森や草地といったようにクラッタの種別の違いによる変化は、画像での地形状況の識別、認識が困難であった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来のレーダ信号の処理技術では、目標の背景となるクラッタが微弱信号であるため、ノイズとの振幅差が小さい場合や、例えば森と草地といったクラッタの種別の違いによるレーダ反射信号の反射強度の振幅差が小さい場合は、階調の変化量が小さいため、ノイズ付近のクラッタの存在や、クラッタの種別の違いを表示器の表示画像により視認することが困難であった。
【０００７】
（目的）
本発明の主な目的は、目標のみならずクラッタの存在及びその種別の違いを表示でき、画像による地形状況の視認性を向上させることができるレーダ信号処理方法及び装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、クラッタの存在及びその種別の違いを強調するとともに、画像表示の階調表現によりに変換することにより、画像による地形状況の視認性を向上させることができるレーダ信号処理方法及び装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明のレーダ信号処理方法は、アンテナ走査角度毎の受信信号のレンジ方向の最大振幅値を表示画像のデータとして算出するレーダ信号処理方法において、前記最大振幅値のデータを表示画像上の小領域毎に区切り、スペクトラム解析を行って小領域毎の特徴を抽出するとともに、前記最大振幅値が得られたレンジビンを抽出し、各小領域の範囲と該範囲における最大振幅値が得られたレンジビンとから各小領域内の前記レンジビンの分散により目標またはクラッタとノイズとを判別し、小領域毎の前記特徴の種別を判定し、種別の異なるクラッタ間の振幅差を補間してクラッタの存在及び種別の違いを強調して表示画像のデータとすることを特徴とする。また、前記レーダ信号処理方法において、最大振幅値における位相情報を抽出し、当該位相情報を前記表示画像上の前記小領域毎に区切り、スペクトラム解析を行って小領域毎の特徴を抽出し、小領域毎の前記特徴の種別を判定することを特徴とする。
【０００９】
本発明のレーダ信号処理装置は、アンテナ走査角度毎の受信信号のレンジ方向の最大振幅値を表示画像のデータとして算出するレーダ信号処理装置において、前記最大振幅値のデータを表示画面上の小領域毎に区切る領域分割回路と、分割された小領域毎の特徴を示すスペクトル情報を算出するためのスペクトラム解析回路と、最大振幅値の得られたレンジビンを抽出するレンジビン抽出回路と、各小領域の範囲とその範囲におけるレンジビン抽出回路の出力とから各小領域内のレンジビンの分散により目標またはクラッタとノイズとを判別するクラッタ判定回路と、スペクトラム解析回路の出力とクラッタ判定回路の出力とから各小領域の前記特徴の種別を判定する相関処理判定回路と、種別の異なるクラッタ間の振幅差を補間するためのデータ補間回路とを有することを特徴とする。また、前記レーダ信号処理装置において、前記最大振幅値における位相を抽出する位相抽出回路と、前記位相抽出回路の出力を前記小領域毎に区切る領域分割回路と、前記領域分割回路により分割された小領域毎の位相分散による特徴を示すスペクトル情報を算出するスペクトラム解析回路とを有し、前記相関処理判定回路は、両スペクトラム解析回路の出力とクラッタ判定回路の出力とから各小領域の特徴の種別を判定することを特徴とする。
【００１０】
本発明によるレーダ信号処理装置は、最大振幅値検出回路（図１の１）の出力に、画像内を小領域毎に区切って処理するための領域分割回路（図１の９）と、分割された領域毎に対して領域内セルの特徴を示すスペクトル情報を算出するためのスペクトラム解析回路（図１の１０）と、最大振幅値検出回路（図１の１）の出力から、得られた振幅値のレンジビンを抽出するためのレンジビン抽出回路（図１の６）と、領域分割された範囲とその範囲内のレンジビン抽出結果とから目標またはクラッタかノイズかを判別するクラッタ判定回路（図１の７）と、スペクトラム解析の結果とクラッタ判定の結果から、画像全体のクラッタ相関処理を行う相関処理判定回路（図１の８）と、種別の異なるクラッタ間の振幅差を補間するためのデータ補間回路（図１の５）を設けたことを特徴とする。
【００１１】
より具体的には、本発明のレーダ信号処理装置は、入力されたディジタル受信信号から、特定のアンテナ走査角度におけるレンジ方向の最大振幅値を算出し、表示画像内の最大振幅値と最小振幅値の範囲で表示のための階調表現に変換し、画像表示するレーダ信号処理装置において、最大振幅値検出回路で得られたデータから、画像全域を小領域毎に区切って処理するための領域分割回路と、分割された小領域毎に対して、例えばウォルシュ変換により得られるウォルシュ係数を用いて特徴ベクトルを算出するなどの手法により、領域内のセルの特徴を示すスペクトル情報を算出するためのスペクトラム解析回路と、最大振幅値検出回路の出力から得られた振幅値のレンジビンを抽出するためのレンジビン抽出回路と、前記領域分割された小領域の範囲とその範囲におけるレンジビン抽出回路の出力とから小領域内のレンジビンの分散により目標またはクラッタとノイズを判別するクラッタ判定回路と、スペクトラム解析回路の出力とクラッタ判定回路の出力とから、画像全体のセル領域にて反射強度の違いから目標やクラッタの分類やノイズの判定を行う相関処理判定回路と、分類された種別の異なるクラッタ間の振幅差を補間するためのデータ補間回路を設け、クラッタの存在及び種別の違いを強調することにより、目標のみならず、地形状況の視認性を向上させることを特徴とする。
【００１２】
また、前記レーダ信号処理装置において、最大振幅値検出回路の出力と、その検出出力が得られたレンジビンにおける位相を位相抽出回路にて取り出し、その出力に対して前記領域分割回路及び前記スペクトラム解析回路により、分割された小領域毎の位相分散を算出した出力を付加することにより、前記相関処理判定回路にてクラッタ判定の種別差をより高精度で判定できることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明のレーダ信号処理装置の実施の形態について説明する。図１は本発明の第１の実施の形態の信号処理系統の構成を示す図である。
（構成の説明）
本実施の形態は、入力されたディジタル受信信号から、特定のアンテナ走査角度におけるレンジ方向の最大振幅値のデータを算出するための最大振幅値検出回路１と、前記最大振幅値検出回路１で得られたデータから、画像内を小領域毎に区切って処理するための領域分割回路９と、分割された領域毎に領域内セルの種別の特徴であるスペクトル情報を抽出するためのスペクトラム解析回路１０と、最大振幅値検出回路１の出力から得られた振幅値のレンジビンを抽出するためのレンジビン抽出回路６と、領域分割された範囲とその範囲内のレンジビン抽出結果とから目標またはクラッタかノイズかを判別するクラッタ判定回路７と、スペクトラム解析の結果とクラッタ判定の結果から、画像全体のセル領域にて反射強度の違いから目標やクラッタの分類やノイズ領域の判定を行う相関処理判定回路８と、分類された種別の異なるクラッタ間の振幅差を補間するためのデータ補間回路５と、表示画像内の最大振幅値と最小振幅値の範囲で表示のための階調表現に変換するための階調処理回路３と、前記階調処理回路３で処理されたデータを画像表示するための表示器４とから構成される。
（動作の説明）
図２は、図１に示す本実施の形態の動作の流れを示すフローチャート図である。以下、図１及び図２を参照して、本実施の形態の動作について説明する。本実施の形態では、レーダ表示の２次元画像として、例えば、横軸にアジマス角度、縦軸にエレベーション角度をとる２次元画像を例として説明する。
【００１４】
レーダアンテナから受信された受信信号（レーダ反射信号）はディジタル受信信号に変換され、個々の受信信号を受信したときのアンテナ走査角度（アジマス角度及びエレベーション角度）の信号であるアンテナ角度信号とともに最大振幅値検出回路１に入力する。
【００１５】
最大振幅値検出回路１は、前記ディジタル受信信号及びアンテナ角度信号に基づいて、特定のアンテナ走査角度毎のディジタル受信信号からレンジ方向の最大振幅値に関するデータとして、最大振幅値及びレーダの分解能（送信パルス幅で決定）に依存する単位距離により表現されるレンジビンの情報を算出して出力する（ｓ１）。この最大振幅値はアンテナ走査角度きざみ毎（横軸にアジマス角度、縦軸にエレベーション角度をとる２次元画像の場合、縦横共にアンテナ走査角度きざみのレンジ方向の単位）、つまりセル単位で生成される。なお、各セルの階調はレンジ方向の最大振幅値とし、最大振幅値がしきい値以下の場合は、しきい値の値とする。
【００１６】
領域分割回路９は、アンテナからのビーム照射範囲を考慮して、最大振幅値検出回路１で算出した最大振幅値に関するデータについて、ビーム照射範囲全域にあたる全てのセル領域を複数のセルで構成される任意の小領域（以下、単に「領域」ともいう。）毎に分割する（ｓ２）。ここで分割する領域のセル数は分割領域の境界の精度劣化が発生せず、各領域の特徴が平均化されないよう決定する。つまり領域分割回路９は、想定される目標等の最大振幅値のセルが当該領域内の殆どのセルで検出されるような領域範囲に調整できるように構成する。
【００１７】
スペクトラム解析回路１０は、分割された領域毎の最大振幅値検出回路１の最大振幅値のデータに対して、例えばウォルシュ変換により得られるウォルシュ係数を用いて特徴ベクトルを算出しスペクトル情報を求める等により、領域内の目標やクラッタの種別による特徴を領域毎に抽出（特徴抽出）する（ｓ３）（本処理の詳細は、例えば「画像工学の基礎」、昭晃堂、pp.105〜pp.109参照）。
【００１８】
一方、レンジビン抽出回路６は、最大振幅値検出回路１で算出された最大振幅値に関する前記データのうち、前記最大振幅値を示すレンジビンを抽出してクラッタ判定回路７に出力する（ｓ４）。
【００１９】
クラッタ判定回路７は、領域分割回路９にて領域分割された範囲における全てのセルのレンジビンと、レンジビン抽出回路６で抽出した領域分割内の最大振幅値を示すセルのレンジビンとを比較して、両者がほぼ同一のレンジビンである場合は領域内の種別は目標またはクラッタであり、同一でない場合（ランダムな場合）はノイズであると判定する。つまり、レンジビンの分散により目標又はクラッタ領域かノイズ領域かを判定する（ｓ５）。
【００２０】
相関処理判定回路８は、ビーム照射範囲全域にあたる全てのセル領域について、前記スペクトラム解析回路１０において算出（特徴抽出）した結果と、クラッタ判定回路７の判定結果とを用い、処理している領域に存在する前記特徴の種別の判定、すなわち目標、クラッタ又はノイズ等の種別差を順次領域毎に判定し、判定結果を出力する（ｓ６）。
【００２１】
この判定結果はデータ補間回路５に入力され、データ補間回路５では、最大振幅値検出回路１で算出したセル毎のレンジ方向の最大振幅値に対して、相関処理判定回路８の出力によりクラッタの種別毎に等しい振幅値となるようにデータの補正を行い、さらにクラッタの種別差による特徴が明確となるよう振幅差を拡大するように補正して、補正結果を階調処理回路３に出力する（ｓ７）。
【００２２】
階調処理回路３は、データ補間回路５の出力を表示画像内の最大振幅値と最小振幅値の範囲で階調表現のデータに変換するセル毎の階調処理を行い（ｓ８）、表示器４は変換したデータを画像表示する（ｓ９）。
【００２３】
以上の信号処理動作により、目標のみならずクラッタの存在等、探知範囲の種別の違いが強調されて表示されるので、従来はクラッタの種別等の違いが不明であったものも、視覚上分離できることとなり、画像による目視の視認性が向上する。
（他の実施の形態）
図３は、本発明の第２の実施の形態の信号処理系統の構成を示す図である。本実施の形態では、図１に示す実施の形態と基本的構成は同じであるが、クラッタの種別変化をより詳細に判定するため、位相情報を抽出して利用することを特徴とする。
【００２４】
本実施の形態では、相関処理判定回路８の入力に関して、新たに位相抽出回路１１、領域分割回路１２及びスペクトラム解析回路１３を備え、位相抽出回路１１は、最大振幅値検出回路１の最大振幅値の出力結果から、その結果が得られたところの位相を取り出し、その結果に対して領域分割回路９及びスペクトラム解析回路１０と同様に位相抽出回路１１、領域分割回路１２及びスペクトラム解析回路１３を用いて、分割領域毎の位相分散等による特徴抽出を行い、相関処理判定回路８においてスペクトラム解析回路１０の特徴抽出の結果とからクラッタ判定の種別差をより高精度に判断する。
【００２５】
なお、本発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内において各種の実施の形態が構成できるとともに、上記各実施の形態も適宜変更され得ることは明らかである。例えば、以上の実施の形態では、各信号処理の実現手段として個別回路手段により行う構成を説明したが、図１に示すそれぞれの信号処理動作は、デイジタル受信信号及びアンテナ角度信号をコンピュータ処理により行うことにより実現することが可能である。つまり、図２に示す信号処理のフローチャートの最大振幅値のデータを算出し、算出したデータに基づき、データの領域分割、レンジビンの抽出、領域毎の特徴抽出、領域毎の種別の判定、補間及び階調処理等の演算について、各処理データの記憶装置への書き込み及び読み出しを行い中央処理装置（ＣＰＵ）により実行するように構成することができることは云うまでもない。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、レーダ受信信号の最大振幅値のデータを表示画像上の小領域毎に区切りスペクトラム解析を行って小領域毎の特徴を抽出するとともに、各小領域の範囲と該範囲における最大振幅値が得られたレンジビンとから各小領域内の前記レンジビンの分散により目標またはクラッタとノイズとを判別して小領域毎の前記特徴の種別を判定し、種別の異なるクラッタ間の振幅差を補間してクラッタの存在及び種別の違いを強調することにより、クラッタの存在及び種別の違いが強調された表示画像のデータを生成することができ、表示画面上の画像における目標のみならず地形状況の視認性を向上させることが可能である。更に、前記表示画像のデータを階調表現とすることにより視認性を一層高めることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の信号処理系統の構成を示す図である。
【図２】第１の実施の形態の動作の流れを示すフローチャート図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態の信号処理系統の構成を示す図である。
【図４】従来技術の信号処理系統の構成を示す図である。
【符号の説明】
１  最大振幅値検出回路
２  しきい値処理回路
３  階調処理回路
４  表示器
５  データ補間回路
６  レンジビン抽出回路
７  クラッタ判定回路
８  相関処理判定回路
９、１２  領域分割回路
１０、１３  スペクトラム解析回路
１１  位相抽出回路
【図１】
0003539561.tif 000002
【図２】
0003539561.tif 000003
【図３】
0003539561.tif 000004
【図４】
0003539561.tif 000005