(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
目標形状のポリゴンデータ及び材質データを記録したデータベースと、
前記ポリゴンデータから入射角を抽出する手段と、
前記入射角から材質の反射率テーブルを参照して受信電力を計算する手段と、
前記ポリゴンデータと移動目標の動揺により発生するドップラを処理してクロスレンジ分解能が高い逆合成開口レーダのレーダ画像を生成する手段とを有する逆合成開口レーダ画像シミュレータにおいて、
入射角抽出時に同じポリゴンの面であるかどうかを判定し、同じポリゴンの面であれば受信電力を計算せず、前の計算値を出力する手段と、
受信電力計算結果をアジマス及びレンジ方向にオーバーサンプリングし、アジマス／レンジフィルタ処理を行う手段と、
前記アジマス／レンジフィルタ処理を行ったデータに、材質及び面の荒さを表現するために作成したテクスチャデータを加算する手段と、
テクスチャデータを加算したデータに、レンジ／ドップラトラッキング処理の処理エラー及び信号処理を模擬するための空間フィルタ処理を行う手段と
を具備することを特徴とする逆合成開口レーダ画像シミュレータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーダに関わる訓練、ミッション研究、開発、評価等で、位置、レーダ姿勢等の各種環境条件に基づき実機レーダ装置と同等のレーダ画像を生成するレーダ画像シミュレータにおいて、短パルス送信または広帯域パルス圧縮等により高いレンジ分解能を得るとともに、レーダと目標の相対運動によって起こるドップラ周波数変化を利用して高いクロスレンジ分解能を得る逆合成開口レーダ装置（以下、ＩＳＡＲという）のレーダ画像を生成するレーダシミュレータに対し、実機レーダ装置同等の忠実度の高いＩＳＡＲ画像を高速で生成するレーダ画像シミュレータ（以下、ＩＳＡＲ画像シミュレータという）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図８は従来のＩＳＡＲ画像シミュレータを示すフロー図である。すなわち、入射角抽出ステップＳ１では、目標形状データベース１１からの船舶、航空機等移動目標の形状を表した（Ｘ，Ｙ，Ｚ）のセルデータと、目標相対位置／姿勢データ部１２からのシナリオによる位置、レーダ姿勢のデータから（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の全てのセルデータに関して入射角計算処理を行う。入射角抽出ステップＳ１で抽出された入射角データは、目標形状データベース１１からの材質データが考慮された反射率テーブル１３を参照して受信電力計算ステップＳ２に供給される。受信電力計算ステップＳ２ではレーダ性能諸元データ部１４からの模擬するレーダ装置の機能・性能諸元のデータを考慮して目標の各ポイントから反射される反射電力を受信電力計算処理する。受信器模擬計算ステップＳ３には受信電力計算ステップＳ２から受信電力データが供給され、レーダ性能諸元データ部１４からの模擬するレーダ装置の機能・性能諸元のデータを考慮して実機レーダ装置同等の受信器特性の模擬計算がされる。信号処理模擬計算ステップＳ４には受信器模擬計算ステップＳ３からの計算結果データが供給され、信号処理特性の模擬計算がされる。ドップラ計算ステップＳ５では、目標形状データベース１１からの船舶、航空機等移動目標の形状を表した（Ｘ，Ｙ，Ｚ）のセルデータと、目標相対位置／姿勢データ部１２からのシナリオによる位置、レーダ姿勢のデータを考慮して、目標動揺データ部１５からの移動目標の動揺によって目標の各ポイントにおいて発生するドップラを計算処理する。ドップラ計算ステップＳ５からのドップラ処理データはクロスレンジ計算ステップＳ６を介して描画処理ステップＳ７に供給され、クロスレンジ分解能が高いＩＳＡＲ画像を生成し、ＩＳＡＲ画像表示部１６にＩＳＡＲ画像を表示する。
【０００３】
図９は従来のＩＳＡＲ画像模擬を示し、（ａ）は受信電力計算処理出力、（ｂ）は受信器模擬計算出力、（ｃ）は信号処理模擬計算出力（テクスチャ無し）を示す図である。
【０００４】
図８に示す系統でＩＳＡＲ画像をシミュレーションしていたが、生成されるＩＳＡＲ画像の精度については、▲１▼元となる目標の形状データベースの分解能と、▲２▼目標の各ポイントから反射される反射電力の計算方法と、▲３▼目標の動揺によって目標の各ポイントにおいて発生するドップラの計算方法と、▲４▼実機レーダ装置同等の受信器特性及び信号処理特性の模擬計算により決まる。
【０００５】
しかし、レーダ画像を使用した訓練、ミッション研究においてはＩＳＡＲ画像の精度より実機同等の画像更新レートが優先されるため、▲１▼元となる目標の形状データベースの分解能を下げたり、▲２▼目標の動揺計算において目標のピッチ、ロール、ヨーの動揺を簡易的に模擬したり、▲３▼受信器特性及び信号処理特性の計算をしなかった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記の如く、従来のレーダ画像を使用した訓練、ミッション研究におけるＩＳＡＲ画像シミュレータでは、▲１▼精度良く３次元ＣＡＤデータ等により高分解能の目標形状データベース（例えば１ｍメッシュの（Ｘ，Ｙ，Ｚ）座標のデータ）を使用した場合、タンカー等の大きな目標によっては受信電力計算等の計算量が増え画像更新レートが落ちる問題があった。
【０００７】
また、▲２▼実機レーダで行っているレンジ／ドップラトラッキング処理の処理エラーによる画像の劣化、及びパルス圧縮及びＦＦＴ信号処理により発生するサイドローブによる画像の劣化の効果を模擬しないため、輪郭のはっきりしたＩＳＡＲ画像が生成されたり、実機同等のレンジ／ドップラトラッキング処理の処理エラー、及びパルス圧縮及びＦＦＴ等の信号処理を行い計算量が大幅に増え画像更新レートが落ちる問題があった。
【０００８】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、画像更新レートを落とすことなく、実機レーダ装置と同等の忠実度の高いＩＳＡＲ画像を高速で生成し、また実機同等の画像劣化を模擬することがでるＩＳＡＲ画像シミュレータを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、目標形状のポリゴンデータ及び材質データを記録したデータベースと、前記ポリゴンデータから入射角を抽出する手段と、前記入射角から材質の反射率テーブルを参照して受信電力を計算する手段と、前記受信電力から移動目標の動揺により発生するドップラを処理してクロスレンジ分解能が高い逆合成開口レーダのレーダ画像を生成する手段とを有する逆合成開口レーダ画像シミュレータにおいて、入射角抽出時に同じポリゴンの面であるかどうかを判定し、同じポリゴンの面であれば受信電力を計算せず、前の計算値を出力する手段と、受信電力計算結果をアジマス及びレンジ方向にオーバーサンプリングし、アジマス／レンジフィルタ処理を行う手段と、前記アジマス／レンジフィルタ処理を行ったデータに、材質及び面の荒さを表現するために作成したテクスチャデータを加算する手段と、テクスチャデータを加算したデータに、レンジ／ドップラトラッキング処理の処理エラー及び信号処理を模擬するための空間フィルタ処理を行う手段とを具備することを特徴とするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施の形態例を詳細に説明する。
【００１１】
図１は本発明の実施形態例を適用するシミュレータシステムにおけるシステム系統の一例を示す構成説明図である。図において、１は例えばホストコンピュータよりなるシステム制御装置、２は運動計算装置、３は例えば操縦桿、ペダル、スイッチ等よりなる入力装置、４は例えばＩＧまたはＰＣよりなる視界映像発生装置、５は例えばディスプレイ、プロジェクタ等よりなる視界映像表示装置、６はレーダ画像シミュレータ、７は例えばディスプレイ、モニタ等よりなる表示装置である。
【００１２】
すなわち、入力装置３からの入力操作を運動計算装置２で入力信号に変換してシステム制御装置１に入力する。システム制御装置１は入力信号に応じて視界映像発生装置４を制御して視界映像信号を発生し、この視界映像信号を視界映像表示装置５に加えて視界映像を表示する。また、システム制御装置１は入力信号に応じてレーダ画像シミュレータ６を制御してＩＳＡＲのレーダ画像信号を生成し、このＩＳＡＲのレーダ画像信号を表示装置７に加えてＩＳＡＲのレーダ画像を表示する。
【００１３】
図２は本発明の実施形態例に係る図１のレーダ画像シミュレータ内で行う処理の流れを示すフロー図である。すなわち、入射角抽出ステップＳ１１では、目標形状データベース２１からの船舶、航空機等移動目標の形状を表した多面体のポリゴンデータと、目標相対位置／姿勢データ部２２からのシナリオによる位置、レーダ姿勢のデータから各ポリゴンデータに関して入射角計算処理を行う。この場合、ステップＳ１２では、入射角計算処理時において同じポリゴンの面で有るかどうかを判定し、同じポリゴンの面でないときに入射角計算ステップＳ１３で入射角計算処理を行う。入射角抽出ステップＳ１１で抽出された入射角データは、目標形状データベース２１からの材質データが考慮された反射率テーブル２３を参照して受信電力計算ステップＳ１４に供給される。受信電力計算ステップＳ１４ではレーダ性能諸元データ部２４からの模擬するレーダ装置の機能・性能諸元のデータを考慮して目標の各ポイントから反射される反射電力を受信電力計算処理する。この場合、ステップＳ１２で同じポリゴンの面で有れば、入射角計算ステップＳ１３〜受信電力計算ステップＳ１４までの処理をバイパスし処理時間の短縮を図り、受信電力計算ステップＳ１４は受信電力を計算せず、前の計算値を出力する。アジマスオーバサンプル／フィルタ処理ステップＳ１５およびレンジオーバサンプル／フィルタ処理ステップＳ１６ではポリゴンで構成するために生ずる面の荒さに対しては、受信電力計算ステップＳ１４からの受信電力計算出力をアジマス及びレンジ方向にオーバーサンプリングし、アジマス／レンジ処理を行うことでポリゴンの繋ぎ目で生ずるエッジの丸め込みを行い、更にテクスチャデータ部２５で材質及び面の荒さを表現するために詳細に作成したテクスチャデータを加算ステップＳ１７で加算する。その際、オーバーサンプリング及びテクスチャの解像度はレーダの分解能の４倍程度が望ましく、例えば１ｍ分解能のＩＳＡＲレーダの場合、２５ｃｍ相当分解能のオーバーサンプリング処理及び詳細テクスチャを使用する。加算ステップＳ１７の出力は受信器模擬計算ステップＳ１８に供給される。受信器模擬計算ステップＳ１８ではレーダ性能諸元データ部２４からの模擬するレーダ装置の機能・性能諸元のデータを考慮して実機レーダ装置同等の受信器特性の模擬計算がされる。ドップラ計算ステップＳ１９では、目標形状データベース２１からの船舶、航空機等移動目標の形状を表したポリゴンデータと、目標相対位置／姿勢データ部２２からのシナリオによる位置、レーダ姿勢のデータを考慮して、目標動揺データ部２６からの移動目標の動揺によって目標の各ポイントにおいて発生するドップラを計算処理する。ドップラ計算ステップＳ１９からのドップラ処理データはクロスレンジ計算ステップＳ２０を介して描画処理ステップＳ２１に供給され描画処理を行う。空間フィルタ処理ステップＳ２２ではウェイト（Ｍ×Ｎ）部２７からのウェイトを用い、レンジ／ドップラトラッキング処理の処理エラー及び信号処理を模擬するＭ×Ｎの空間フィルタ処理を行う。Ｍ×Ｎの空間フィルタにおいて、各セルに乗算するウェイト及びＮの値は模擬するレーダのレンジ／ドップラトラッキング処理の処理エラー、パルス圧縮処理、ＦＦＴ処理等のフィルタ性能に合わせて決めればよい。しかし、パルス圧縮処理、ＦＦＴ処理等のフィルタ性能の模擬に関し、Ｍ及びＮの値があまりに大きい場合、画像更新レートが落ちる問題が有るため、フィルタ性能の第１サイドローブ〜第２サイドローブの範囲に留めておくことが望ましい。ＩＳＡＲ画像表示部２８には空間フィルタ処理ステップＳ２２で空間フィルタ処理された信号が入力されＩＳＡＲ画像が表示される。
【００１４】
図３は図２の入射角抽出ステップでの入射角抽出処理の一例を示す説明図である。すなわち、目標形状データベース２１からの同じポリゴンの面でないＡ面、Ｂ面の２つのポリゴンに対し、アジマス方向、レンジ方向で各セルの入射角を抽出する。
【００１５】
図４は図２の入射角抽出ステップでの入射角抽出処理の他の例を示す説明図である。すなわち、目標形状データベース２１からの同じポリゴンの面で有る場合で、あるアジマス角においてＡ面、Ｂ面の２つのポリゴンに対し、レンジ方向で各セルの入射角の変化を示す。レーダと目標との距離Ｒが目標の大きさｒ（または面の大きさΔｒ）に比べ、非常に大きい場合（Ｒ＞＞ｒ）、電波は平行に目標の各面に到達するため同一面で有れば入射角は同じであり、且つ受信電力の計算についても（Ｒ＞＞ｒまたはＲ＞＞Δｒ）の場合、同一面の受信電力の値は、ほとんど同じであるため、同一面上の入射角の計算は１回で済むことになる。
【００１６】
図５は図２の各ステップでの処理出力を示す特性図であり、（ａ）は受信電力計算ステップでの処理出力特性図、（ｂ）はアジマスオーバサンプル／フィルタ処理ステップおよびレンジオーバサンプル／フィルタ処理ステップでのアジマス／レンジオーバサンプル処理出力特性図、（ｃ）はアジマスオーバサンプル／フィルタ処理ステップおよびレンジオーバサンプル／フィルタ処理ステップでのフィルタ処理出力特性図、（ｄ）はテクスチャによる受信電力の変化を示す特性図、（ｅ）は加算ステップでのテクスチャ加算処理出力特性図である。
【００１７】
すなわち、各ポリゴンから反射される受信電力値は（ａ）に示すように平坦であり、面と面の境は階段状にはっきりする。（ｂ）に示すように受信電力計算出力値をオーバーサンプル（クロスレンジ分解能及びレンジ゛分解能の４倍以上）し、フィルタ処理（平均化処理）することにより（ｃ）に示すようにスムージング化される。（ｄ）はテクスチャによる受信電力の変化を示し、オーバーサンプルに合わせてレンジ／クロスレンジ分解能の４倍の分解能の変化になっている。この場合のテクスチャは視界映像で使われる模様ではなく、面の波長に対する荒さの変化をデシベル値に置き換えたものである。（ｅ）はスムージング化された受信電力の変化にテクスチャを加算したときの各面の受信電力の変化を示す。
【００１８】
図６は図２の空間フィルタ処理ステップでの処理を示す構成説明図である。すなわち、描画処理ステップＳ２１での描画処理から出力したデータは、空間フィルタ（レンジ）処理部３１での空間フィルタ（レンジ）処理によりレンジトラッキングエラー及びパルス圧縮による画像のボケを模擬する。この場合、処理は前段階と同じように実機レーダのレンジ分解能と同じ分解能で処理される。空間フィルタの各セルに対する重みは図６（ａ）に示すようなウエイトａ０〜ａｎ−１が乗算される。空間フィルタ（レンジ）処理後に空間フィルタ（クロスレンジ）処理部３２での空間フィルタ（クロスレンジ）処理によりドップラトラッキングエラー及びＦＦＴ処理による画像のボケを模擬する。この場合も、処理は前段階と同じように実機レーダのクロスレンジ分解能と同じ（最低４倍）で処理される。空間フィルタの各セルに対する重みは図６（ｂ）に示すようなウエイトｂ０〜ｂｎ−１が乗算される。その後、レンジピークホールド処理部３３のレンジピークホールド処理、及びクロスレンジピークホールド処理部３４のクロスレンジピークホールド処理により実機レーダの表示と同じレンジ分解能及びクロスレンジ分解能に変換してＩＳＡＲ画像を抽出する。
【００１９】
図７は本発明の実施形態例に係るＩＳＡＲ画像シミュレーション模擬例を示す図である。すなわち、（ａ）は図２の受信電力計算ステップＳ１４の処理出力、（ｂ）は図２のレンジオーバサンプル／フィルタ処理ステップＳ１６の処理出力、（ｃ）は図２の加算ステップＳ１７の処理出力、（ｄ）は図２の空間フィルタ処理ステップＳ２１の処理出力である。
【００２０】
以上のように本発明の実施形態例では、画像更新レートを落とすことなく、実機レーダと同等の忠実度を有するＩＳＡＲ画像を発生できる。また、レーダのレンジ／ドップラトラッキング処理の処理エラー、パルス圧縮処理、ＦＦＴ処理等のフィルタ性能等において発生する画像のボケ等の画像劣化については、空間フィルタの各セルに乗算するウエイトを調整することで実機同等の画像劣化を模擬することができる。
【００２１】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、画像更新レートを落とすことなく、実機レーダ装置と同等の忠実度の高いＩＳＡＲ画像を高速で生成し、また実機同等の画像劣化を模擬することがでるＩＳＡＲ画像シミュレータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態例を適用するシミュレータシステムにおけるシステム系統の一例を示す構成説明図である。
【図２】本発明の実施形態例に係る図１のレーダ画像シミュレータ内で行う処理の流れを示すフロー図である。
【図３】図２の入射角抽出ステップでの入射角抽出処理の一例を示す説明図である。
【図４】図２の入射角抽出ステップでの入射角抽出処理の他の例を示す説明図である。
【図５】図２の各ステップでの処理出力を示す特性図であり、（ａ）は受信電力計算ステップでの処理出力特性図、（ｂ）はアジマスオーバサンプル／フィルタ処理ステップおよびレンジオーバサンプル／フィルタ処理ステップでのアジマス／レンジオーバサンプル処理出力特性図、（ｃ）はアジマスオーバサンプル／フィルタ処理ステップおよびレンジオーバサンプル／フィルタ処理ステップでのフィルタ処理出力特性図、（ｄ）はテクスチャによる受信電力の変化を示す特性図、（ｅ）は加算ステップでのテクスチャ加算処理出力特性図である。
【図６】図２の空間フィルタ処理ステップでの処理を示す構成説明図である。
【図７】本発明の実施形態例に係るＩＳＡＲ画像シミュレーション模擬例を示す図である。
【図８】従来のＩＳＡＲ画像シミュレータを示すフロー図である。
【図９】従来のＩＳＡＲ画像模擬を示し、（ａ）は受信電力計算処理出力、（ｂ）は受信器模擬計算出力、（ｃ）は信号処理模擬計算出力（テクスチャ無し）を示す図である。
【符号の説明】
１  例えばホストコンピュータよりなるシステム制御装置
２  運動計算装置
３  例えば操縦桿、ペダル、スイッチ等よりなる入力装置
４  例えばＩＧまたはＰＣよりなる視界映像発生装置
５  例えばディスプレイ、プロジェクタ等よりなる視界映像表示装置
６  レーダ画像シミュレータ
７  例えばディスプレイ、モニタ等よりなる表示装置
【図１】
0003600826.tif 000002
【図２】
0003600826.tif 000003
【図３】
0003600826.tif 000004
【図４】
0003600826.tif 000005
【図５】
0003600826.tif 000006
【図６】
0003600826.tif 000007
【図７】
0003600826.tif 000008
【図８】
0003600826.tif 000009
【図９】
0003600826.tif 000010