(57)【要約】関心領域（ＲＯＩ）に送信されたレーダーパルスに応答してレーダー画像を融合するシステム及び方法にある。方法は、ＲＯＩに位置するターゲットから１組の反射波を受信することを含む。各反射は、対応する時刻及び対応する粗いロケーションにおける受信機によって記録される。１組の分散受信機の対応する粗いロケーションを用いて１組の反射波を時間スケール上で整列して、ターゲットの１組の反射波の時間投影を生成する。１組の反射波におけるレーダーパルスから形成されたデータ点に直線を当てはめる。当てはめられた直線と各データ点との間の距離を求める。当てはめられた直線と各データ点との間の対応する距離を用いて、１組の分散受信機の粗い位置を調整する。調整された粗い位置において受信された１組の反射波を用いてレーダー画像を融合する。
2019517673.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
関心領域（ＲＯＩ）に送信されたレーダーパルスに応答してレーダー画像を融合する方法であって、送信機は前記レーダーパルスを前記ＲＯＩに向けて送信し、１組の分散受信機は前記ＲＯＩからの１組の反射波を受信し、該方法は、
前記ＲＯＩに位置する少なくとも１つのターゲットから前記１組の反射波を受信することであって、各反射波は、前記１組の分散受信機からの、対応する時刻及び対応する粗いロケーションにおける受信機によって記録されることと、
前記１組の分散受信機の前記対応する粗いロケーションを用いて前記１組の反射波を時間スケール上で整列して、前記少なくとも１つのターゲットの前記１組の反射波の時間投影を生成することと、
前記１組の分散受信機から受信された前記１組の反射波におけるレーダーパルスから形成されたデータ点に直線を当てはめることと、
前記当てはめられた直線と各データ点との間の距離を求めることと、
前記当てはめられた直線と各データ点との間の前記対応する距離を用いて、前記１組の分散受信機の前記粗い位置を調整することと、
前記１組の分散受信機の前記調整された粗い位置において受信された前記１組の反射波を用いて前記レーダー画像を融合することと、
を含み、該方法の工程はプロセッサによって実行される、方法。
【請求項２】
前記当てはめられた直線と各データ点との間の前記対応する距離を用いて前記１組の分散受信機の前記粗い位置を調整することは、前記１組の分散受信機の仮想等間隔直線アレイを与える、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記１組の受信機における各受信機は移動しており、前記少なくとも１つのターゲットと同じ側においてランダムに分散している、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記１組の受信機における各受信機は、未知の位置摂動を有するとともに、前記少なくとも１つのターゲットに対して所定の角度範囲内のランダムな向きを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記融合されたレーダー画像は、高解像度２次元（２Ｄ）レーダー画像である、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記少なくとも１つのターゲットは、前記ＲＯＩに位置する複数のターゲットを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記複数のターゲットからの前記受信された１組の反射波は、前記複数のターゲット内の一ターゲットを特定するために、データコヒーレンス解析を有する反復スパース性駆動手順を用いて処理される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
データコヒーレンスに基づくスパース性駆動手順は、前記１組の分散受信機から受信された前記１組の反射波を前記受信された１組の反射波を用いて初期化することと、
反復するステップであって、
第１のターゲットから１組の反射波を抽出するステップと、
前記１組の分散受信機の前記対応する粗いロケーションを用いて前記１組の反射波を時間スケール上で整列して、前記第１のターゲットの前記１組の反射波の時間投影を生成するステップと、
前記１組の分散受信機の前記１組の反射波から前記第１のターゲットの前記１組の反射波を減算するステップと、
の反復するステップと、
を含み、
前記第１のターゲットの前記１組の反射波が、前記複数のターゲットのうちの少なくとも１つのターゲットに対応していない場合には、前記反復は終了し、
対応している場合には、前記第１のターゲットの前記１組の反射波に対して撮像を実行する、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記第１のターゲットの前記１組の反射波に対して撮像を実行することは、
前記第１のターゲットについて前記１組の分散受信機から受信された前記１組の反射波におけるレーダーパルスから形成されたデータ点に直線を当てはめるステップと、
前記当てはめられた直線と各データ点との間の距離を求めるステップと、
前記当てはめられた直線と各データ点との間の前記対応する距離を用いて、前記１組の分散受信機の前記粗い位置を調整するステップと、
前記１組の分散受信機の前記調整された粗い位置において受信された前記１組の反射波を用いて前記レーダー画像を融合するステップと、
を実行することを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記プロセッサは撮像プロセッサを含み、該撮像プロセッサは、記憶された命令を実行するとともに、該撮像プロセッサによって実行可能な命令を記憶するメモリと通信するように構成される、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
関心領域（ＲＯＩ）に送信されたレーダーパルスに応答してレーダー画像を融合する方法を実行するための、プロセッサによって実行可能なプログラムを具現化した非一時的コンピューター可読記憶媒体であって、送信機は前記レーダーパルスを前記ＲＯＩに向けて送信し、１組の分散受信機は１組の反射波を前記ＲＯＩから受信し、前記方法は、
前記プロセッサによって、前記ＲＯＩに位置する少なくとも１つのターゲットから受信された前記１組の反射波を記憶することであって、各反射波は、前記１組の分散受信機からの、対応する時刻及び対応する粗いロケーションにおける受信機によって記録されることと、
前記プロセッサによって、前記１組の分散受信機の前記対応する粗いロケーションを用いて前記１組の反射波を時間スケール上で整列して、前記少なくとも１つのターゲットの前記１組の反射波の時間投影を生成することと、
前記プロセッサによって、前記１組の分散受信機から受信された前記１組の反射波におけるレーダーパルスから形成されたデータ点に直線を当てはめることと、
前記プロセッサによって、前記当てはめられた直線と各データ点との間の距離を求めることと、
前記プロセッサによって、前記当てはめられた直線と各データ点との間の前記対応する距離を用いて、前記１組の分散受信機の前記粗い位置を調整することと、
前記プロセッサによって、前記１組の分散受信機の前記調整された粗い位置において受信された前記１組の反射波を用いて前記レーダー画像を融合することと、
を含む、記憶媒体。
【請求項１２】
前記方法において、前記１組の分散受信機の前記粗い位置を前記調整することは、前記１組の分散受信機の仮想アレイを与える、請求項１１に記載の記憶媒体。
【請求項１３】
前記方法において、前記１組の受信機における各受信機は移動しており、前記少なくとも１つのターゲットと同じ側においてランダムに分散している、請求項１１に記載の記憶媒体。
【請求項１４】
前記方法において、前記１組の受信機における各受信機は、未知の位置摂動を有するとともに、前記少なくとも１つのターゲットに対して所定の角度範囲内のランダムな向きを有する、請求項１１に記載の記憶媒体。
【請求項１５】
前記方法において、前記融合されたレーダー画像は、高解像度２次元（２Ｄ）レーダー画像である、請求項１１に記載の記憶媒体。
【請求項１６】
前記方法において、前記プロセッサはオートフォーカス撮像プロセッサを含み、該オートフォーカス撮像プロセッサは、記憶された命令を実行するとともに、該オートフォーカス撮像プロセッサによって実行可能な命令を記憶するメモリと通信するように構成される、請求項１１に記載の記憶媒体。
【請求項１７】
関心領域（ＲＯＩ）に送信されたレーダーパルスに応答してレーダー画像を融合するシステムであって、送信機は前記レーダーパルスを前記ＲＯＩに向けて送信し、該システムは、
送信レーダーパルスに対応する前記ＲＯＩから１組の反射波を受信する１組の分散受信機と、
メモリに作動的に接続されるとともに前記１組の分散受信機と通信するプロセッサであって、該プロセッサは、
前記ＲＯＩに位置する少なくとも１つのターゲットから前記１組の反射波を受信することであって、各反射波は、前記１組の分散受信機からの、対応する時刻及び対応する粗いロケーションにおける受信機によって記録されることと、
前記１組の分散受信機の前記対応する粗いロケーションを用いて前記１組の反射波を時間スケール上で整列して、前記少なくとも１つのターゲットの前記１組の反射波の時間投影を生成することと、
前記１組の分散受信機から受信された前記１組の反射波におけるレーダーパルスから形成されたデータ点に直線を当てはめることと、
前記当てはめられた直線と各データ点との間の距離を求めることと、
前記当てはめられた直線と各データ点との間の前記対応する距離を用いて、前記１組の分散受信機の前記粗い位置を調整することと、
前記１組の分散受信機の前記調整された粗い位置において受信された前記１組の反射波を用いて前記レーダー画像を融合することと、
を行うように構成される、プロセッサと、
を備える、システム。
【請求項１８】
前記１組の受信機における各受信機は移動しており、前記少なくとも１つのターゲットと同じ側においてランダムに分散している、請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記１組の受信機における各受信機は、未知の位置摂動を有するとともに、前記少なくとも１つのターゲットに対して所定の角度範囲内のランダムな向きを有する、請求項１７に記載のシステム。
【請求項２０】
前記融合されたレーダー画像は、高解像度２次元（２Ｄ）レーダー画像である、請求項１７に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、包括的には、レーダーシステムに関し、より詳細には、未知の位置摂動を受ける分散移動レーダープラットフォームを用いたレーダー撮像に関する。
【背景技術】
【０００２】
分散センシングプラットフォームを用いたレーダー撮像における幾つかの課題は、不正確な較正又は様々な位置摂動に起因してプラットフォームのロケーションを特定することができることである。例えば、車両搭載レーダーシステムの場合、車両が幾つかの事前に設計された軌道に沿って移動しているとき、滑らかでない路面又は変動する運転速度及び運転方向に起因して、位置摂動がもたらされる。これらの位置摂動は、レーダー中心周波数の数波長分と同程度の大きさを有する可能性がある。全地球測位システム（ＧＰＳ）等の今日のナビゲーションシステムは、位置を測定することができるが、位置摂動に起因して起こり得る位置誤差は、高分解能分散レーダー撮像の範囲を越えている。したがって、波長を越える未知の位置摂動を補償するためにオートフォーカスを行うことができる分散アレイのためのレーダー撮像システム及び方法が必要とされている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本開示の実施の形態は、未知の位置摂動を補償するためにオートフォーカスを行う移動レーダープラットフォームの分散アレイを用いたレーダー撮像のシステム及び方法に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本開示の幾つかの実施の形態は、移動レーダープラットフォームのレーダーセンサーがロケーション誤差によって摂動される関心領域（ＲＯＩ）においてターゲットを検出する移動レーダープラットフォームの分散アレイを用いたレーダー撮像のシステム及び方法に関する。本開示は、とりわけ、位置によって誘発された位相誤差の補償と、合焦撮像の実行とを同時に行うデータコヒーレンス及び圧縮センシングに基づく改善されたレーダー撮像性能を提供する。
【０００５】
具体的には、本開示のシステム及び方法は、１つの送信／受信レーダープラットフォーム及び複数の受信レーダープラットフォームが、ＲＯＩ内のターゲットを検出するために、位置摂動を有するＲＯＩに向けて移動していることを前提とする。移動レーダープラットフォームの複数の分散アレイは、ＲＯＩに位置するターゲットによって反射された反射波を受信する。移動レーダープラットフォームの複数のアレイは、関心エリアと同じ側において異なるロケーション及び向きを有するランダムに分散された等間隔直線アレイである。各アレイの画像分解能は、小さなアパーチャサイズに起因して低いにもかかわらず、分散レーダープラットフォームの位置が正確に知られている場合には、スパース性駆動撮像方法を用いて、全ての分散アレイによって受信された信号を組み合わせることによって、高分解能が実現される。しかしながら、不正確な測位及び運動誤差に起因して、移動レーダープラットフォームの実際の複数のアレイの位置は、中心レーダー波長の数倍にまで及ぶ摂動を受け、位置摂動が良好に補償されない場合、合焦していない撮像結果がもたらされる。
【０００６】
スパースシーンを前提としているという認識に基づくと、スパースシーンのオートフォーカス撮像は、位置によって誘発された位相誤差を補償することと、ターゲットシグネチャを利用することと、アンテナ位置を推定することとを行う一連の最適化問題を解くことによって反復的に実現することができる。具体的には、撮像性能を改善するために、オートフォーカスシステム及び方法は、データコヒーレンス及び撮像エリアの空間スパース性を利用して、合焦撮像の実行と未知のアンテナ位置の推定とを同時に行うことによる位置誤差補正に基づいている。
【０００７】
上記認識によって、本開示は、アンテナ放射パターン及びターゲットシグネチャを考慮して、レーダー中心周波数の数波長分に及ぶ位置誤差を有するアンテナアレイを取り扱う際に大きな利点を示す。模擬有雑音データを用いた撮像結果が、本開示のシステム及び方法が、数回の反復のみで局所的なターゲットを撮像する際に性能が大幅に改善されたことを実証している。特に、本オートフォーカスシステム及び方法は、１０波長分の大きさの位置誤差の場合であっても、ＲＯＩに位置するターゲットの鮮明な画像を形成する。
【０００８】
本開示の一実施の形態によれば、関心領域（ＲＯＩ）に送信されたレーダーパルスに応答してレーダー画像を融合する方法を提供する。送信機は前記レーダーパルスを前記ＲＯＩに向けて送信し、１組の分散受信機は前記ＲＯＩからの１組の反射波を受信する。前記ＲＯＩに位置する少なくとも１つのターゲットから前記１組の反射波を受信することを含む該方法であって、各反射波は、前記１組の分散受信機からの、対応する時刻及び対応する粗いロケーションにおける受信機によって記録される。前記１組の分散受信機の前記対応する粗いロケーションを用いて前記１組の反射波を時間スケール上で整列して、前記少なくとも１つのターゲットの前記１組の反射波の時間投影を生成する。前記１組の分散受信機から受信された前記１組の反射波におけるレーダーパルスから形成されたデータ点に直線を当てはめる。前記当てはめられた直線と各データ点との間の距離を求める。前記当てはめられた直線と各データ点との間の前記対応する距離を用いて、前記１組の分散受信機の前記粗い位置を調整する。最後に、前記１組の分散受信機の前記調整された粗い位置において受信された前記１組の反射波を用いて前記レーダー画像を融合する。該方法の工程はプロセッサによって実行される。
【０００９】
本開示の別の実施の形態によれば、方法を実行するための、プロセッサによって実行可能なプログラムを具現化した非一時的コンピューター可読記憶媒体を備える。ＲＯＩに送信されたレーダーパルスに応答してレーダー画像を融合する前記方法を提供する。送信機は前記レーダーパルスを前記ＲＯＩに向けて送信し、１組の分散受信機は１組の反射波を前記ＲＯＩから受信する。前記プロセッサによって、前記ＲＯＩに位置する少なくとも１つのターゲットから受信された前記１組の反射波を記憶することを前記方法は含む。各反射波は、前記１組の分散受信機からの、対応する時刻及び対応する粗いロケーションにおける受信機によって記録される。前記プロセッサによって、前記１組の分散受信機の前記対応する粗いロケーションを用いて前記１組の反射波を時間スケール上で整列して、前記少なくとも１つのターゲットの前記１組の反射波の時間投影を生成する。前記プロセッサによって、前記１組の分散受信機から受信された前記１組の反射波におけるレーダーパルスから形成されたデータ点に直線を当てはめる。前記プロセッサによって、前記当てはめられた直線と各データ点との間の距離を求める。前記プロセッサによって、前記当てはめられた直線と各データ点との間の前記対応する距離を用いて、前記１組の分散受信機の前記粗い位置を調整する。最後に、前記プロセッサによって、前記１組の分散受信機の前記調整された粗い位置において受信された前記１組の反射波を用いて前記レーダー画像を融合する。
【００１０】
本開示の別の実施の形態によれば、関心領域（ＲＯＩ）に送信されたレーダーパルスに応答してレーダー画像を融合するシステムを提供する。送信機は前記レーダーパルスを前記ＲＯＩに向けて送信する。前記送信レーダーパルスに対応する前記ＲＯＩから１組の反射波を受信する１組の分散受信機を該システムは備える。プロセッサは、メモリに作動的に接続されるとともに前記１組の分散受信機と通信する。該プロセッサは、前記ＲＯＩに位置する少なくとも１つのターゲットから前記１組の反射波を受信するように構成され、各反射波は、前記１組の分散受信機からの、対応する時刻及び対応する粗いロケーションにおける受信機によって記録される。該プロセッサは、前記１組の分散受信機の前記対応する粗いロケーションを用いて前記１組の反射波を時間スケール上で整列して、前記少なくとも１つのターゲットの前記１組の反射波の時間投影を生成する。該プロセッサは、前記１組の分散受信機から受信された前記１組の反射波におけるレーダーパルスから形成されたデータ点に直線を当てはめる。該プロセッサは、前記当てはめられた直線と各データ点との間の距離を求める。該プロセッサは、前記当てはめられた直線と各データ点との間の前記対応する距離を用いて、前記１組の分散受信機の前記粗い位置を調整する。最後に、該プロセッサは、前記１組の分散受信機の前記調整された粗い位置において受信された前記１組の反射波を用いて前記レーダー画像を融合する。
【００１１】
ここに開示されている実施の形態は、添付図面を参照して更に説明される。示されている図面は、必ずしも一律の縮尺というわけではなく、その代わり、一般的に、ここに開示されている実施の形態の原理を示すことに強調が置かれている。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１Ａ】本開示の実施の形態による、関心領域（ＲＯＩ）においてターゲットを検出する移動レーダープラットフォームの分散アレイを有する分散移動レーダー撮像システムを示す概略図である。
【図１Ｂ】本開示の実施の形態による方法のステップを示すブロック図である。
【図１Ｃ】図１Ｂのステップ１７０及びステップ１８０に関する図であり、（ａ）は、本開示の実施の形態による、１組のレーダー反射を時間整列するステップ１７０と、１組の反射波が、１組の受信機の粗い位置に固有の時間に整列される同じターゲットに対応するパルスに当てはめられる直線Ｔ０に関するステップ１８０とを示す概略図であり、（ｂ）は、本開示の実施の形態による、仮想アレイに形成された１組の受信機の位置を示す概略図である。
【図１Ｄ】図１Ｂのステップ１８０に関する図であり、図１Ｄは、本開示の実施の形態による、「対応する反射波のパルス」と「当てはめられた直線」Ｔ０との間の対応する距離を用いて仮想アレイの各受信機の位置を調整することを示す概略図である。
【図１Ｅ】図１Ｂのステップ１９９に関する図であり、本方法が、本開示の実施の形態に従って、１組の受信機の計算されたずれに対する仮想アレイ上の受信機の調整された位置を用いるとともに１組の受信機のずれを用いて仮想アレイにおける１組の受信機の反射波を位置決めして、１組の反射波からレーダー画像を融合することができることを示す図である。
【図２】本開示の実施の形態による、ＲＯＩに向けて放出された放出レーダーパルスを示す分散移動レーダー撮像システムを示す概略図である。
【図３Ａ】本開示の実施の形態による、互いに通信するとともにオートフォーカス撮像プロセッサによって処理されるメモリ内の収集されたデータを記憶する同期されたレーダープラットフォームを示す分散レーダー撮像システムのコンピューターシステムのブロック図である。
【図３Ｂ】本開示の幾つかの実施の形態による、本開示によって考察される分散レーダー撮像システムのコンピューターシステムのブロック図である。
【図４】本開示の実施の形態によるデータコヒーレンス及びスパース性駆動分散アレイ撮像方法のブロック図である。
【図５Ａ】本開示の実施の形態による、ターゲットシグネチャを抽出する図４のブロック４００の反復方法のブロック図である。
【図５Ｂ】本開示の実施の形態による、時間シフトを推定する詳細を含む図５Ａのブロック４００の反復方法のステップ５０２のブロック図である。
【図５Ｃ】本開示の実施の形態による、アンテナとターゲットとの間の伝播距離、すなわち、アンテナごとの推定された位置シフトを推定する詳細を含む図５Ａのブロック４００の反復方法のステップ５０３のブロック図である。
【図５Ｄ】本開示の実施の形態による、ターゲット信号抽出の詳細を含む図５Ａのブロック４００の反復方法のステップ５０４のブロック図である。
【図６Ａ】本開示の実施の形態による、信号投影の詳細を含む図４のブロック３４０の反復方法のステップ４０５のブロック図である。
【図６Ｂ】本開示の実施の形態による、信号投影前のアンテナ位置を示す概略図である。
【図６Ｃ】本開示の実施の形態による、信号投影後のアンテナ位置を示す概略図である。
【図７Ａ】本開示の実施の形態による信号投影ステップ６００ａ、６００ｂ、６００ｃのブロック図である。
【図７Ｂ】本開示の実施の形態による、アンテナから全てのターゲットまでの距離に基づいてアンテナロケーションを求めることを示す概略図である。
【図７Ｃ】本開示の実施の形態による、ターゲットから全てのアンテナまでの距離に基づいてターゲットロケーションを求めることを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
上記で明らかにされた図面は、ここに開示されている実施の形態を記載しているが、この論述において言及されるように、他の実施の形態も意図されている。この開示は、限定ではなく代表例として例示の実施の形態を提示している。ここに開示されている実施の形態の原理の範囲に含まれる非常に多くの他の変更及び実施の形態を当業者は考案することができる。
【００１４】
以下の説明は、例示的な実施の形態のみを提供し、本開示の範囲も、適用範囲も、構成も限定することを意図していない。そうではなく、例示的な実施の形態の以下の説明は１つ以上の例示的な実施の形態を実施することを可能にする説明を当業者に提供する。添付の特許請求の範囲に明記されているような開示された主題の範囲から逸脱することなく要素の機能及び配置に行うことができる様々な変更が意図されている。
【００１５】
以下の説明では、実施の形態の十分な理解を提供するために、具体的な詳細が与えられる。しかしながら、当業者は、これらの具体的な詳細がなくても実施の形態を実施することができることを理解することができる。例えば、開示された主題におけるシステム、プロセス、及び他の要素は、実施の形態を不必要な詳細で不明瞭にしないように、ブロック図形式の構成要素として示される場合がある。それ以外の場合において、よく知られたプロセス、構造、及び技法は、実施の形態を不明瞭にしないように不必要な詳細なしで示される場合がある。さらに、様々な図面における同様の参照符号及び名称は、同様の要素を示す。
【００１６】
また、個々の実施の形態は、フローチャート、フロー図、データフロー図、構造図、又はブロック図として描かれるプロセスとして説明される場合がある。フローチャートは、動作を逐次的なプロセスとして説明することができるが、これらの動作の多くは、並列又は同時に実行することができる。加えて、これらの動作の順序は、再配列することができる。プロセスは、その動作が完了したときに終了することができるが、論述されない又は図に含まれない追加のステップを有する場合がある。さらに、特に説明される任意のプロセスにおける全ての動作が全ての実施の形態において行われ得るとは限らない。プロセスは、方法、関数、手順、サブルーチン、サブプログラム等に対応することができる。プロセスが関数に対応するとき、その関数の終了は、呼び出し側関数又はメイン関数へのその機能の復帰に対応することができる。
【００１７】
さらに、開示された主題の実施の形態は、少なくとも一部は手動又は自動のいずれかで実施することができる。手動実施又は自動実施は、マシン、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、ミドルウェア、マイクロコード、ハードウェア記述言語、又はそれらの任意の組み合わせを用いて実行することもできるし、少なくとも援助することができる。ソフトウェア、ファームウェア、ミドルウェア又はマイクロコードで実施されるとき、必要なタスクを実行するプログラムコード又はプログラムコードセグメントは、マシン可読媒体に記憶することができる。プロセッサ（複数の場合もある）が、それらの必要なタスクを実行することができる。
【００１８】
本開示の実施の形態は、ロケーションの曖昧さを許容することによるコヒーレント分散レーダー撮像と、複数のセンサーを用いた分散センシングによる単一のセンサーアレイのオートフォーカスとを含む。特に、１つの送信／受信レーダープラットフォーム及び複数の受信レーダープラットフォームが、位置摂動を有する関心領域（ＲＯＩ）に向けて移動しているマルチスタティックレーダー撮像手法を提供する。本開示の実施の形態は、ＲＯＩの内部のターゲットを検出する。不正確な測位及び運動誤差に起因して、実際のアレイ位置は、中心レーダー波長の数倍にまで及ぶ摂動を受ける。各センサーアレイの画像分解能は、その小さなアパーチャサイズに起因して低い場合があるが、良好に補償された位置誤差を有する全ての分散アレイの出力を併せて処理することによって、高解像度画像を形成することができる。本開示の実施の形態は、スパースシーンを前提とし、位置によって誘発された位相誤差を補償することと、ターゲットシグネチャを利用することと、アンテナ位置を推定することとを行う一連の最適化問題を解くことによって反復的に実現される。
【００１９】
本開示の実施の形態は、複数の空間的に分散した移動レーダー受信機プラットフォーム又は受信機とともに単一の移動送信レーダープラットフォーム又は送信機／受信機の組み合わせを用いて、関心エリアに位置するターゲットのレーダー画像を生成するオートフォーカスレーダー撮像も提供する。この移動レーダー受信機は、未知の位置誤差によって数個分のレーダー波長にまで及ぶ摂動を受ける。
【００２０】
分散センシングシステム
図１Ａは、本開示の実施の形態による、関心領域（ＲＯＩ）１４０においてターゲット１３０を検出する移動レーダープラットフォーム１０１の分散アレイを有する分散移動レーダー撮像システム１００を示す概略図である。特に、分散レーダー撮像システム１００は、少なくとも１つの移動送信／受信プラットフォーム又は送信機／受信機１０２と、１組のＭ個の同様の分散移動受信機プラットフォーム又は受信機１０３、１０４、１０５とを備える空中プラットフォーム又は車両搭載プラットフォーム等とすることができる。１組のＭ個の分散受信機は、５つ以上であってもよいし、１０個以上であってもよいし、２０個以上であってもよいと考えられる。レーダーパルス１１０は、少なくとも１つの送信機／受信機１０２から送信されて、関心エリアすなわち関心領域（ＲＯＩ）１４０に位置するターゲット１３０を照射し、対応する反射されたレーダー反射波１２０は、複数の分散受信機１０２、１０３、１０４及び１０５によって記録される。反射波１２０は、複素重みが特定のターゲット反射率及びアンテナパターンに依存する遅延パルスの加重結合として特徴付けることができる。これらのパルス及び反射波を所与として、対応する重み及び遅延に従ってレーダー画像を距離方位平面（range-azimuth plane）に生成することができる。これらのレーダー画像の方位分解能は、アレイアパーチャのサイズに依存し、距離分解能は、パルスの帯域幅に依存する。
【００２１】
図１Ｂは、本開示の実施の形態による方法のステップを示すブロック図である。本方法は、関心領域（ＲＯＩ）におけるターゲットから１組の受信機によって受信された１組のレーダー反射波を取得するステップ１６０を含む。１組のレーダー反射波は、ＲＯＩに向けて送られた送信機からの送信レーダー信号に対応する。１組のレーダー反射波すなわち反射波は、受信機ごとにプロセッサのメモリに記憶することができるとともに、処理のために中央コントローラーに通信することができる。
【００２２】
図１Ｂのステップ１７０は、１組のレーダー反射波を時間整列して、仮想アレイを形成する１組の受信機の位置からの当該１組の受信機の粗い位置のずれを補償することを含む。１組の受信機の粗い位置は、リアルタイムのＧＰＳ信号又は事前に設計された静止位置若しくは移動軌道によって与えられる。レーダー受信機は、静止していることもあるし、事前に設計された軌道に沿って移動していることもあり、パルス反射波が受信される各レーダー受信機の有効位置は仮想アレイを形成する。仮想アレイは、ターゲットが位置する関心エリアと同じ側に位置決めされる。ずれは、仮想アレイを形成する１組の受信機内の各受信機の位置から「１組の受信機内の各受信機の粗い位置」を減算することによって求められる。この位置のずれは、静止位置の較正誤差又は不正確なＧＰＳによって引き起こされる。数個分のレーダー中心周波数波長と同程度の大きさである可能性があるずれが、良好に補償されていない場合、生成されるレーダー画像は、合焦していないものとなる。ずれが良好に補償されている場合、受信機の粗い位置を受信機の仮想アレイ位置から減算すると、ゼロになるはずであり、対応する融合されたレーダー画像は、良好に合焦している。適切な距離補償を用いると、レーダー反射波は、レーダー撮像プロセスにおいてターゲット位置で空間的に合算してターゲットの合焦画像を形成することができるように時間整列される。
【００２３】
図１Ｂのステップ１８０は、１組の反射波が時間整列される同じターゲットに対応するパルスに直線を当てはめることを含む。当てはめる直線は、位置誤差の平均がゼロであると仮定して、ＧＰＳ位置又は事前に設計された位置によって求められる。
【００２４】
図１Ｂのステップ１９０は、「対応する反射波のパルス」と「当てはめられる直線」との間の対応する距離を用いて、仮想アレイ上の各受信機の位置を調整することを含む。対応する距離は、送信レーダーパルスの伝播距離、すなわち、送信機からターゲットに向かい受信機に戻る総距離が、粗いロケーションの送信機からターゲットに向かい粗いロケーションの受信機に戻る総距離とどれだけ異なるのかを示している。
【００２５】
図１Ｂのステップ１９９は、仮想アレイ上の受信機の調整された位置を用いて、１組の反射波からのレーダー画像を融合することを含む。送信機及び受信機の対ごとに、レーダー画像は、調整された位置を用いて遅延和（delay-and-sum）レーダー撮像によって生成される。融合されたレーダー画像は、全ての可能な送信機及び受信機の対の全てのレーダー画像をコヒーレントに合算することによって生成される。
【００２６】
図１Ｃにおいて、部分（ａ）及び（ｂ）は、図１Ｂのステップ１７０及びステップ１８０を示す概略図である。部分（ａ）は、仮想アレイを形成する１組の受信機の位置から１組の受信機の粗い位置のずれを後に求めるために、１組の受信機のそれらの粗い位置１０２ｘ、１０３ｘ、１０４ｘ、１０５ｘに従って１組のレーダー反射波を時間整列することを示す図１Ｂのステップ１７０の概略図である。
【００２７】
図１Ｃの部分（ｂ）は、図１Ｂのステップ１８０を示す概略図である。部分（ｂ）は、直線Ｔ０が、１組の反射波１０２ｘ、１０３ｘ、１０４ｘ、１０５ｘが時間整列される同じターゲットに対応するパルスに当てはめられることを示している。当てはめる直線は、位置誤差の平均がゼロであると仮定して、ＧＰＳ位置又は事前に設計された位置によって求められる。
【００２８】
図１Ｄは、図１Ｂのステップ１９０を示す概略図である。図１Ｄは、「対応する反射波のパルス」と「当てはめられる直線」Ｔ０との間の対応する距離を用いて、仮想アレイの各受信機の位置を調整すること（１０２ｔ１、１０３ｔ２、１０４ｔ３、１０５ｔ４）を示す概略図である。上述したように、各受信機位置が仮想アレイ上で調整される理由は、対応する距離が、送信レーダーパルスの伝播距離、すなわち、送信機からターゲットに向かい受信機に戻る総距離が、粗いロケーションの送信機からターゲットに向かい粗いロケーションの受信機に戻る総距離とどれだけ異なるのかを示しているからである。
【００２９】
図１Ｅは、図１Ｂのステップ１９９に関するものである。図１Ｅは、本方法が、１組の受信機のずれ（又は調整）を計算する際に仮想アレイ上の１組の受信機の調整された位置を用いるとともに、１組の受信機のずれ１０２ｔ１、１０３ｔ２、１０４ｔ３、１０５ｔ４を用いて１組の受信機の反射波１０２ｘ、１０３ｘ、１０４ｘ、１０５ｘを当てはめられる直線に位置決めして、１組の反射波からのレーダー画像を融合することができることを示している。
【００３０】
図２は、図１Ａの分散移動レーダー撮像システム１００を示す概略図である。図２は、仮想アレイ２２０を形成するレーダーパルス反射波１０２Ａ、１０３Ａ、１０４Ａ、１０５Ａを受信するレーダー受信機を示している。これらのレーダーパルス反射波は、受信機の仮想アレイ２２０を形成するように、送信機からＲＯＩに向かい、そして、ＲＯＩから反射されて受信機に向かう放出レーダーパルスからのものである。移動レーダープラットフォーム１０１の分散アレイは、ＲＯＩに向かうレーダーパルスを生成するレーダー送信機１０２に接続されたアンテナセルを有する少なくとも１つのレーダープラットフォームを備える。上述したように、レーダー送信機１０２は、受信機１０２と組み合わされる。レーダー受信機１０２、１０３、１０４、１０５は、関心エリア（ＲＯＩ）１４０内のターゲット１３０によって反射された反射波を取得する。
【００３１】
図２を更に参照すると、レーダー受信機１０２、１０３、１０４、１０５は、事前に設計された軌道に沿って移動しており、パルス反射波１０２Ａ、１０３Ａ、１０４Ａ、１０５Ａが受信される各レーダー受信機の有効位置は、１組のＮｍ（ｍ＝１，．．．，Ｍ）個の要素の仮想アレイ２２０を形成する。仮想アレイ２２０は、ターゲット１３０が位置する関心エリア１４０と同じ側に位置決めされる。レーダー受信機１０２、１０３、１０４、１０５は、レーダー源パルスの中心波長よりも大きいが所定の範囲内にあるランダムな位置誤差によって摂動される。複数のレーダー受信機１０２、１０３、１０４、１０５は、複数の分散された非等間隔アレイを形成する。
【００３２】
図３Ａは、互いに通信するとともにコンピューター３００Ａと通信するレーダープラットフォーム１０１を示す分散レーダー撮像システムのブロック図である。レーダープラットフォーム１０１は、同期され、コンピューター３００Ａのオートフォーカス撮像プロセッサ３４０によって処理される収集されたデータをメモリ３３０に記憶することができる。オートフォーカス撮像プロセッサ３４０は、レーダー撮像方法を実行して、オートフォーカスされた高解像度の２次元（２Ｄ）レーダー画像を生成することができる。撮像結果は、コンピューター３００Ａのユーザーインターフェース３５０に示すことができる。
【００３３】
図３Ｂは、本開示の幾つかの実施の形態による、本開示によって考察される分散レーダー撮像システムのコンピューターシステムのブロック図である。コンピューターシステム３００Ｂは、同期されたレーダープラットフォーム１０１と通信し、コンピューター３００Ｂのオートフォーカス撮像プロセッサ３４０によって処理される収集されたデータをメモリ３３０に記憶することができる。コンピューターシステム３００Ｂは、このコンピューターシステムをキーボード３５１及びディスプレイデバイス３５２に接続することができるヒューマンマシンインターフェース又はユーザーインターフェース３５０を備える。コンピューターシステム３００Ｂは、システム３００Ｂをディスプレイデバイス３４８に接続するように適合されたディスプレイインターフェース３５７にバス３５６を通じてリンクすることができる。このディスプレイデバイス３４８は、とりわけ、コンピューターモニター、カメラ、テレビ、プロジェクター、又はモバイルデバイスを含むことができる。
【００３４】
コンピューターシステム３００Ｂは、電力源３５４を備えることができ、用途に応じて、この電力源は、任意選択でコンピューターシステムの外部に配置されてもよい。オートフォーカス撮像プロセッサ３４０は、記憶された命令を実行するとともに、オートフォーカス撮像プロセッサ３４０によって実行可能な命令を記憶するメモリ３３０と通信するように構成することができる１つ以上のプロセッサとすることができる。オートフォーカス撮像プロセッサ３４０は、シングルコアプロセッサ、マルチコアプロセッサ、コンピューティングクラスター、又は任意の数の他の構成体とすることができる。オートフォーカス撮像プロセッサ３４０は、バス３５６を通じて、１つ以上の入出力デバイスに接続される。メモリ３３０は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリ、又は他の任意の適したメモリシステムを含むことができる。
【００３５】
図３Ｂを更に参照すると、コンピューターシステム３００Ｂは、オートフォーカス撮像プロセッサ３４０によって用いられる補助データ及び／又はソフトウェアモジュールを記憶するように適合された記憶デバイス３５８も備えることができる。例えば、記憶デバイス３５８は、とりわけ、事前に設計されたレーダープラットフォームの軌道に関する履歴データ、レーダー動作周波数帯域幅、送信波形、推定された信号対雑音比、ターゲット認識に関する画像データ、模擬有雑音データを、位置誤差を取り扱う異なる方法とともに用いた撮像結果を記憶することができる。記憶デバイス３５８は、ハードドライブ、光ドライブ、サムドライブ、ドライブのアレイ、又はそれらの任意の組み合わせを含むことができる。
【００３６】
図３Ｂを更に参照すると、プリンターインターフェース３５９もバス３５６を通じてコンピューターシステム３００Ｂに接続することができ、コンピューターシステム３００Ｂを印刷デバイス３３２に接続するように適合させることができる。印刷デバイス３３２は、とりわけ、液体インクジェットプリンター、固体インクプリンター、大型商用プリンター、サーマルプリンター、ＵＶプリンター、又は昇華型プリンターを含むことができる。ネットワークインターフェースコントローラー（ＮＩＣ）３３４は、コンピューターシステム３００Ｂを、バス３５６を通じてネットワーク３３６に接続するように適合されている。画像データ又は関連した画像データは、とりわけ、ネットワーク３３６を介してディスプレイデバイス、撮像デバイス、及び／又は印刷デバイス上にレンダリングすることができる。
【００３７】
図３Ｂを更に参照すると、画像データ又は関連した画像データは、とりわけ、記憶及び／又は更なる処理のために、ネットワーク２３６の通信チャネルを経由して送信することができ、及び／又は、コンピューターの記憶システム３５８内に記憶することができる。さらに、画像データ又は関連した画像データは、受信機３４１から無線又は有線で受信することもできるし、送信機３４３を介して無線又は有線で送信することもでき、受信機３４１及び送信機３４３はともに、バス３５６を通じてコンピューターシステム３００Ｂに接続されている。
【００３８】
コンピューターシステム３００Ｂは、外部センサー３３１、１つ以上の入力デバイス３４１、他のコンピューター３４２及び他のデバイス３４４に接続することができる。外部センサー３３１は、動きセンサー、慣性センサー、或るタイプの測定センサー等を含むことができる。外部センサー２３１は、速度、方向、空気流、物体又はロケーションまでの距離、気象条件等のセンサーを含むことができる。入力デバイス３４１は、例えば、キーボード、スキャナー、マイクロフォン、スタイラス、タッチ検知パッド又はディスプレイを含むことができる。
【００３９】
圧縮センシングに基づく分散アレイ撮像方法
図４は、ブロック１１０における送信パルスととともに組み込まれる、分散プラットフォームによって収集されたブロック１２０におけるレーダー反射波を示し、レーダー反射波１２０はグラフ１２０Ｂで表されるようなものであり、送信パルス１１０はグラフ１１０Ｂで表されるようなものである。送信パルス１１０とともに組み込まれる、分散プラットフォームによって収集されたレーダー反射波１２０は、ブロック４００（データコヒーレンス解析ブロック４００に関する図５Ａ〜図５Ｄ参照）におけるデータコヒーレンス解析とともに反復スパース性駆動手順を用いて処理される。
【００４０】
第１のステップは、ブロック４０１において、送信パルス１１０を用いて受信反射波１２０を圧縮し、圧縮された反射波をブロック４００の入力として初期化することである。ブロック４０１における圧縮された受信反射波１２０は、ブロック４０１の出力としてグラフ４０１Ｂに示されている。
【００４１】
図５Ａ〜図５Ｄは、図４のブロック４００のステップに関するものである。例えば、図５Ａのブロック５０１は、データコヒーレンス解析を行い、信号がそれぞれに対して最大限にコヒーレントになるように相互相関を用いて信号を整列する第２のステップを示している。
【００４２】
図５Ｂは、データコヒーレンスに従って種々のアンテナの時間シフトを計算する図５Ａのブロック５０２のステップに関するものである。図５Ｃは、対応する送信機アンテナと受信機アンテナとの間の距離シフトを計算するステップに関するものである。
【００４３】
図５Ｄは、コヒーレント信号５０４Ｂを抽出する詳細に関するものである。このコヒーレント信号５０４Ｂが、図５Ａのグラフ５０５におけるターゲットに対応する場合、ターゲット信号５０４Ｂ及びターゲットロケーション５０４Ｃは、図５Ａのブロック４０２において保存され、図４のブロック４０５において等間隔直線アレイに投影されて、グラフ信号４０４が生成される。このグラフ信号は、その後、図４の遅延和レーダー撮像４０６を用いて処理される。図５Ｄにおけるターゲット信号５０４Ｂは、その後、残余データ４０２から減算され、更新された残余データ４０２は、次の最も強いターゲット検出の有無について検査される。図５Ａのコヒーレント信号５０４Ｂが、図５Ａのグラフ５０５におけるターゲットに対応していない場合、システムは、ターゲットの探索を停止し、図４の投影されたデータ４０４に対して撮像４０６を実行して、図４の合焦画像４１０を形成する。図４の合焦画像４１０は、図４のグラフ４２０に示されている。
【００４４】
方法の詳細
総数がＤ個の分散レーダープラットフォームが、ターゲットを検出するＲＯＩに向けて移動している２次元（２Ｄ）レーダー撮像問題を検討する。上述したように、図１Ａは、ＲＯＩ１４０においてターゲット１３０を検出する移動レーダープラットフォーム１０１の分散アレイを示している。各レーダープラットフォームは、前方監視（forward-looking）仮想アレイを形成する。ｐ（ｔ）及びＰ（ω）を、それぞれ時間領域ソースパルス１１０及びその対応する周波数スペクトルを示すのに用いることにする。ここで、
【００４５】
【数１】
2019517673.tif 000003
【００４６】
である。ｌにおいて位相中心を有するターゲットとｒを発信源とする励起パルスとに起因したロケーションｒ’における散乱場は、第１ボルン近似を用いて以下のように近似することができる。
【００４７】
【数２】
2019517673.tif 000004
【００４８】
ここで、Ｓ（ω，ｌ）は、漸近近似に起因した全ての項を考慮する周波数の複素数値関数であり、Ｇ（ω，ｌ，ｒ）は、ｒからｌへの伝播を考慮し、以下の式によって表すことができる。
【００４９】
【数３】
2019517673.tif 000005
【００５０】
ここで、ａ（ｒ，ｌ）は、アンテナビームパターンと、ｒとｌとの間の伝播とに起因した全体的な振幅減衰を表し、
【００５１】
【数４】
2019517673.tif 000006
【００５２】
は、速度ｃで距離｜｜ｒ−ｌ｜｜を伝播した後のソースパルスに対する受信信号の位相変化項である。簡単にするために、雑音項は式（２）から省略されている。
【００５３】
一般性を失うことなく、最大でＫ個のターゲットが存在し、各ターゲットは、ＲＯＩ画像内の或るピクセルに位置する位相中心を有するものと仮定する。第ｋのターゲットのピクセルインデックスをｉｋ∈｛１，．．．，Ｉ｝とし、対応するロケーションを
【００５４】
【数５】
2019517673.tif 000007
【００５５】
とする。第ｄのアレイの第ｎの要素の理想的なロケーションをｒｄ，ｎとする。ここで、ｎ∈｛１，２，．．．，Ｎ｝であり、ｄ∈｛１，２，．．．，Ｄ｝である。位置摂動に起因して、実際の測定は、
【００５６】
【数６】
2019517673.tif 000008
【００５７】
において行われる。ここで、εｄ，ｎは、対応する未知の位置摂動を表し、０≦｜εｄ，ｎ｜≦１０λであり、λは、レーダー中心周波数の波長である。摂動されたアレイによって受信される全体的な信号は、その場合、ＲＯＩ内の全てのターゲットからの散乱波を重ね合わせたものである。第ｄ０のアレイによって送信されたソース信号の場合、離散周波数ωｍにおける測定が検討される。ここで、ｄ０∈｛１，２，．．．，Ｄ｝であり、ｍ＝１，２，．．．，Ｍである。受信反射波１２０は、Ｍ×Ｄ×Ｎデータキューブ
【００５８】
【数７】
2019517673.tif 000009
【００５９】
によって表すことができ、このエントリー（ｍ，ｄ，ｎ）は以下となる。
【００６０】
【数８】
2019517673.tif 000010
【００６１】
ソースパルスＰ（ω）を用いたレンジ圧縮の後、Ｍ×Ｄ×Ｎデータキューブ
【００６２】
【数９】
2019517673.tif 000011
【００６３】
で終了し、このエントリー（ｍ，ｄ，ｎ）は以下となる。
【００６４】
【数１０】
2019517673.tif 000012
【００６５】
表記を簡単にするために、スカラー
【００６６】
【数１１】
2019517673.tif 000013
【００６７】
と、Ｍ×１単位ベクトル
【００６８】
【数１２】
2019517673.tif 000014
【００６９】
と、Ｍ×１指数ベクトル
【００７０】
【数１３】
2019517673.tif 000015
【００７１】
とを定義することにする。ベクトル
【００７２】
【数１４】
2019517673.tif 000016
【００７３】
は、その場合、以下のように行列ベクトル形式で記述することができる。
【００７４】
【数１５】
2019517673.tif 000017
【００７５】
ここで、記号
【数１６】
2019517673.tif 000018
は、要素ごとの積を表す。ここで、
【００７６】
【数１７】
2019517673.tif 000019
【００７７】
は、第ｄのアレイにおける第ｎのアンテナ位置のＭ×Ｉ投影行列であり、
【００７８】
【数１８】
2019517673.tif 000020
【００７９】
は、ターゲット散乱係数のＩ×１ベクトルである。
【００８０】
【数１９】
2019517673.tif 000021
【００８１】
は、アンテナ位置から独立したターゲットシグネチャベクトルであることに留意することは重要である。このターゲットシグネチャベクトルは、画像形成中に測定データから効率的に抽出される。
【００８２】
１．図４のグラフ４０２のコヒーレント信号の抽出
１．１  最適化問題
アンテナ位置
【００８３】
【数２０】
2019517673.tif 000022
【００８４】
は、正確に知られていないので、摂動されたアレイを等間隔アレイとして扱う画像形成によって、一般に、その質が位置摂動に関係した非合焦画像が得られる。オートフォーカスを用いて撮像を行うために、以下のスパース性制約付き最適化問題が解かれる。
【００８５】
【数２１】
2019517673.tif 000023
【００８６】
ここで、
【００８７】
【数２２】
2019517673.tif 000024
【００８８】
であり、
【００８９】
【数２３】
2019517673.tif 000025
【００９０】
である。上記最適化問題は、圧縮センシング撮像［１５］において用いられることが多いグループスパース性定式化と類似している。具体的には、上記最適化問題は、全ての未知のベクトルが同じ非ゼロのサポート（suport：台）を共有するが、そのサポート内では一般に異なる値を有することに依拠している。一方、式（９）において定式化されたオートフォーカス問題は、投影行列が全てのアンテナにわたって同一でないので、グループスパース性問題よりも一般的である。それらは、同じターゲットシグネチャベクトル
【００９１】
【数２４】
2019517673.tif 000026
【００９２】
を共有するが、未知の指数項
【００９３】
【数２５】
2019517673.tif 000027
【００９４】
が異なる。
【００９５】
直交マッチング追跡アルゴリズムによって動機付けられて、（９）は、最大でＫ回の反復によって反復的に解かれる。ｋ回目の反復において、測定データとして初期化されるとともに、各反復において、全ての検出されたターゲットの信号を除去することによって更新される残余データ
【００９６】
【数２６】
2019517673.tif 000028
【００９７】
を所与として、以下の縮退問題が得られる。
【００９８】
【数２７】
2019517673.tif 000029
【００９９】
ベクトル
【０１００】
【数２８】
2019517673.tif 000030
【０１０１】
の
【０１０２】
【数２９】
2019517673.tif 000031
【０１０３】
(ノルム)は１であることに留意されたい。ここでは、各反復の最も強いターゲット位相中心に対応する唯一の非ゼロの成分。残余データ
【０１０４】
【数３０】
2019517673.tif 000032
【０１０５】
によって再構成された画像を
【０１０６】
【数３１】
2019517673.tif 000033
【０１０７】
とする。その場合、ターゲットは、
【０１０８】
【数３２】
2019517673.tif 000034
【０１０９】
の最大絶対値が以下のように観測されるロケーション
【０１１０】
【数３３】
2019517673.tif 000035
【０１１１】
において検出される。
【０１１２】
【数３４】
2019517673.tif 000036
【０１１３】
そして、
【０１１４】
【数３５】
2019517673.tif 000037
【０１１５】
を求めるために、
【０１１６】
【数３６】
2019517673.tif 000038
【０１１７】
がスタックされて、以下のＭ×ＮＤ行列が形成される。
【０１１８】
【数３７】
2019517673.tif 000039
【０１１９】
同様に、ベクトル
【０１２０】
【数３８】
2019517673.tif 000040
【０１２１】
もＭ×ＮＤ行列にスタックされたものである。スタックされた行列
【０１２２】
【数３９】
2019517673.tif 000041
【０１２３】
は、次に、以下のように再編成される。
【０１２４】
【数４０】
2019517673.tif 000042
【０１２５】
ここで、
【０１２６】
【数４１】
2019517673.tif 000043
【０１２７】
は、Ｍ×ＤＮランク１行列であり、その支配的な左特異ベクトルは、厳密に
【０１２８】
【数４２】
2019517673.tif 000044
【０１２９】
であり、
【０１３０】
【数４３】
2019517673.tif 000045
【０１３１】
は、第ｋのターゲットと摂動された分散アレイとの間の距離によってパラメーター化されたＭ×ＤＮ指数行列である。（１２）及び（１３）に基づくと、ｘを所与として、
【０１３２】
【数４４】
2019517673.tif 000046
【０１３３】
は、以下の式を解くことによって求めることができる。
【０１３４】
【数４５】
2019517673.tif 000047
【０１３５】
ここで、下付き文字Ｆは、行列のフロベニウスノルムを表す。式（１４）は、その場合、内側ループによって解かれる。この内側ループでは、図４のブロック４００のステップに関する図５Ａ〜図５Ｄにおいて説明されるデータコヒーレンス解析による
【０１３６】
【数４６】
2019517673.tif 000048
【０１３７】
の更新と、１．３において後に説明するような支配的なターゲットシグネチャ解析による
【０１３８】
【数４７】
2019517673.tif 000049
【０１３９】
の更新とが交互に行われる。
【０１４０】
１．２  データコヒーレンス解析及び整列のための時間シフトの推定
図５Ａは、ブロック５０１において、分散プラットフォームによる信号測定値が互いに最大限に相関するような相互相関を用いたデータコヒーレンス解析を示している。
【０１４１】
図５Ｂは、個々の各潜在的なターゲットの整列のための推定時間シフトの固有の図５Ａにおけるブロック５０２の詳細を示している。タイムラグを推定するために、信号の相互相関（ＣＣ）が用いられる。具体的には、
【０１４２】
【数４８】
2019517673.tif 000050
【０１４３】
及び
【０１４４】
【数４９】
2019517673.tif 000051
【０１４５】
を所与として、ＣＣ関数の最大値に対応する遅延を見つけることによって、時間遅延パラメーター
【０１４６】
【数５０】
2019517673.tif 000052
【０１４７】
が計算される。しかしながら、ＣＣは凹形ではなく、したがって、複数の極大値を有する場合がある。ＣＣ関数における曖昧さを低減するために、第ｋのターゲット応答が、時間ゲート処理を用いて抽出される。第ｋの反復において、画像
【０１４８】
【数５１】
2019517673.tif 000053
【０１４９】
が、残余データ
【０１５０】
【数５２】
2019517673.tif 000054
【０１５１】
を用いて再構成されるものと仮定する。ターゲットロケーションを用いて、残余信号は、以下のように時間ゲート処理される。
【０１５２】
【数５３】
2019517673.tif 000055
【０１５３】
ここで、
【０１５４】
【数５４】
2019517673.tif 000056
【０１５５】
は、時間領域の残余信号であり、
【０１５６】
【数５５】
2019517673.tif 000057
【０１５７】
である。時間ゲート処理の境界（２０λ）／ｃは最大位置摂動によって決まることに留意されたい。この境界は、各レーダープラットフォームの平滑軌道を考慮に入れることによってタイトにすることができる。
【０１５８】
【数５６】
2019517673.tif 000058
【０１５９】
の支配的なベクトル
【０１６０】
【数５７】
2019517673.tif 000059
【０１６１】
の時間領域信号を
【０１６２】
【数５８】
2019517673.tif 000060
【０１６３】
とする。その場合、
【０１６４】
【数５９】
2019517673.tif 000061
【０１６５】
が基準として選ばれ、（１２）における
【０１６６】
【数６０】
2019517673.tif 000062
【０１６７】
の時間シフトが以下のように推定される。
【０１６８】
【数６１】
2019517673.tif 000063
【０１６９】
そして、
【０１７０】
【数６２】
2019517673.tif 000064
【０１７１】
は、
【０１７２】
【数６３】
2019517673.tif 000065
【０１７３】
から
【０１７４】
【数６４】
2019517673.tif 000066
【０１７５】
を介して
【０１７６】
【数６５】
2019517673.tif 000067
【０１７７】
までの未知のパルス伝播時間を表すものとする。（１６）に基づき、総伝播時間が理想的な分散等間隔アレイのものと同じであると仮定すると、（１５）における信号がバックプロパゲーションの後、
【０１７８】
【数６６】
2019517673.tif 000068
【０１７９】
においてコヒーレントになるように、全てのｄ∈［１，２，．．．，Ｄ］及びｎ∈［１，２，．．．，Ｎ］について、
【０１８０】
【数６７】
2019517673.tif 000069
【０１８１】
を解く以下の式が得られる。
【０１８２】
【数６８】
2019517673.tif 000070
【０１８３】
（１７）の解
【０１８４】
【数６９】
2019517673.tif 000071
【０１８５】
を用いると、
【０１８６】
【数７０】
2019517673.tif 000072
【０１８７】
は、（７）を用いて計算される。
【０１８８】
１．３  図５Ａの５０４Ｂのターゲットシグネチャ抽出
【０１８９】
【数７１】
2019517673.tif 000073
【０１９０】
を所与として、
【０１９１】
【数７２】
2019517673.tif 000074
【０１９２】
が、
【０１９３】
【数７３】
2019517673.tif 000075
【０１９４】
の特異値分解（ＳＶＤ）
【０１９５】
【数７４】
2019517673.tif 000076
【０１９６】
を用いて求められる。ここで、上付き文字＊は位相共役を表し、上付き文字Ｈはエルミート転置を表す。ＳＶＤに基づくと、以下の式が得られる。
【０１９７】
【数７５】
2019517673.tif 000077
【０１９８】
ここで、
【０１９９】
【数７６】
2019517673.tif 000078
【０２００】
は、第ｋのターゲットの強度を表す
【０２０１】
【数７７】
2019517673.tif 000079
【０２０２】
の最大特異値であり、
【０２０３】
【数７８】
2019517673.tif 000080
【０２０４】
は、アンテナパターンを表す対応する右特異ベクトルであり、
【０２０５】
【数７９】
2019517673.tif 000081
【０２０６】
は、ターゲットシグネチャを表す対応する左特異ベクトルである。
【０２０７】
【数８０】
2019517673.tif 000082
【０２０８】
最大の特異値
【０２０９】
【数８１】
2019517673.tif 000083
【０２１０】
は、ターゲット強度に関係しているので、本アルゴリズムは、背景雑音に対するターゲット強度に基づいて終了する。具体的には、
【０２１１】
【数８２】
2019517673.tif 000084
【０２１２】
が満たされるとき、終了する。ここで、
【０２１３】
【数８３】
2019517673.tif 000085
【０２１４】
は、
【０２１５】
【数８４】
2019517673.tif 000086
【０２１６】
の２番目に最大の特異値であり、εは、値０＜ε＜１を有する閾値である。
【０２１７】
２．アンテナ位置推定
図５Ｃは、本開示の実施の形態による、アンテナとターゲットとの間の伝播距離、すなわち、各アンテナの推定された位置シフトを推定する詳細を含む図５Ａのブロック４００の反復方法のステップ５０３のブロック図である。
【０２１８】
図７Ｂを参照すると、第ｋの反復後の各アンテナとｋ個の全ての検出されたターゲットとの間の伝播時間に基づいて、アレイ要素の位置（図７Ｂ）が、以下のコスト関数を最小にすることによって推定される。
【０２１９】
【数８５】
2019517673.tif 000087
【０２２０】
及び
【０２２１】
【数８６】
2019517673.tif 000088
【０２２２】
ただし、ｄ≠ｄ０である。上記コスト関数のそれぞれは、２つの部分から構成される。第１の部分は、摂動されたアンテナとその理想的な位置との間の方位の不一致を最小にする。第２の部分は、伝播時間に従ってレンジ方向における距離を制限する。正規化されたターゲット強度
【０２２３】
【数８７】
2019517673.tif 000089
【０２２４】
を用いて、それらの散乱強度に従ってターゲットの寄与が重み付けされる。最適化におけるコスト関数（２１）及び（２２）は凸形ではないが、本アルゴリズムをｒの適切な初期値とともに用いてそれらの大域的最適解を計算的に見つけることは可能であり得る。
【０２２５】
図５Ｂは、本開示の実施の形態による、種々のアンテナの時間シフトを計算する詳細を含む図５Ａのブロック４００の反復方法のステップ５０２のブロック図である。アンテナロケーションは、並進及び回転が不変である距離測定に基づいて求められるので、摂動されたアレイの平均の向き及び支配的な向きは理想的な等間隔アレイと同じであることが、本発明者らのシミュレーションにおいて仮定されることに留意されたい。摂動されたアンテナの並進及び回転の効果を除去し、摂動されたアンテナとターゲットとの間の距離を不変に保つために、アンテナロケーション及びターゲットロケーションの双方に対する線形変換が必要である。
【０２２６】
図７Ｃを参照すると、更新されたアンテナ位置が次に用いられ、次のターゲット位置が、図７Ｃに概略的に示すように、残余データを用いて推定される。
【０２２７】
３．データ投影４０５及び画像再構成４０６
推定された投影行列
【０２２８】
【数８８】
2019517673.tif 000090
【０２２９】
を所与として、以下の散乱係数が、最小二乗法を用いて計算される。
【０２３０】
【数８９】
2019517673.tif 000091
【０２３１】
ここで、
【０２３２】
【数９０】
2019517673.tif 000092
【０２３３】
は、ｋ個の検出されたターゲットの散乱係数を表すｋ×１ベクトルであり、上付き文字†は、ペンローズ・ムーア擬似逆行列を示す。次に、ＲＯＩのスパース画像
【０２３４】
【数９１】
2019517673.tif 000093
【０２３５】
が、
【０２３６】
【数９２】
2019517673.tif 000094
【０２３７】
を、以下のように対応するピクセルロケーションに割り当てることによって再構成される。
【０２３８】
【数９３】
2019517673.tif 000095
【０２３９】
ただし、全てのｋ’∈［１，．．．，ｋ］である。ターゲットを認識するために、ターゲットシグネチャ情報を保存する密画像も、ターゲットシグネチャを組み込むことによって再構成することができる。理想的な側方監視等間隔アレイのデータが、以下のように、ｋ個の検出されたターゲットシグネチャ辞書４０５を用いて最初に投影される。
【０２４０】
【数９４】
2019517673.tif 000096
【０２４１】
ここで、
【０２４２】
【数９５】
2019517673.tif 000097
【０２４３】
は、理想的な等間隔要素位置ｒｄ，ｎを用いることを除いて
【０２４４】
【数９６】
2019517673.tif 000098
【０２４５】
と同じ数式を有する。次に、再構成されたデータに基づいて、遅延和撮像が行われ、以下の密画像４０６が再構成される。
【０２４６】
【数９７】
2019517673.tif 000099
【０２４７】
ここで、Ψ（ｄ，ｎ）は、理想的な等間隔アレイ及びＲＯＩ全体に関係したＭ×Ｉ指数行列である。
【０２４８】
図６Ａは、検出された各ターゲットの信号を等間隔アレイによって受信された信号に投影する詳細を含む、図４のブロック３４０（すなわち、ブロック３４０は、図３Ａのコンピューター３００Ａ及び図３Ｂのコンピューター３００ｂのオートフォーカス撮像プロセッサ（３４０）である）の詳細なレビューの反復方法のステップ４０５のブロック図である。検出されたターゲットの入力コヒーレント信号４０２が与えられると、処理される投影が、ターゲットごとに実行される。例えば、ターゲット＃１のコヒーレント信号４０２Ａは、ターゲットから受信機アンテナのそれぞれまで及びターゲットから対応する投影される等間隔分散アンテナまでの伝播距離の差に従って投影され（図７Ａに示す詳細を参照されたい）、コヒーレント信号は時間シフトされて、投影されたコヒーレント信号４０４Ａが生成される。ターゲットの投影された信号は合算されて、投影された等間隔直線アレイの投影された信号４０４が形成される。
【０２４９】
図６Ｂ及び図６Ｃは、信号投影の前（図６Ｂ）及び後（図６Ｃ）のアンテナ位置を示す概略図である。図６Ｂは、信号投影の前の実際のアンテナ位置を示している。図６Ｃは、信号投影の後のアンテナ位置を示し、分散アレイと同じアパーチャサイズを有する受信機アンテナが、直線に等間隔に分散している。
【０２５０】
図７Ａは、各ターゲットの信号投影ステップ６００ａ、６００ｂ、６００ｃのブロック図である。この投影プロセスは、ターゲットごと及びアンテナ位置ごとに実行される。アンテナ４０２ｅによって測定されたターゲット信号４０２Ａ、４０２Ｂ、４０２Ｃごとに、伝播距離は、送信アンテナ位置４０２ｄ、受信機アンテナ位置４０２ｅ及びターゲット位置４０２ｆを所与として計算され、伝播距離７００ａが計算される。ターゲット位置４０２ｆ及び投影された等間隔直線アレイ位置４０２ｇを所与として、投影された伝播距離７００ｂが計算される。次に、時間シフト７００ｃが、７００ａ及び７００ｂの差に基づいて計算される。次に、ターゲットのコヒーレント信号４０２Ａ、４０２Ｂ、４０２Ｃが個別に時間シフトされて（７００ｄ）、投影されたコヒーレント信号４０４Ａ、４０４Ｂ、及び４０４Ｃが形成される。
【０２５１】
図７Ｂは、アンテナから全てのターゲットまでの距離に基づいてアンテナロケーションを求めることを示す概略図である。ターゲットロケーション１３０ａ、１３０ｂ及び１３０ｃと、アンテナ１０２からターゲット１３０ａ、１３０ｂ、及び１３０ｃまでの距離１３１ａ、１３１ｂ及び１３１ｃとが与えられると、円１３２ａ、１３２ｂ、及び１３２ｃが描かれる。交点が、アンテナ１０２のロケーションを示す。
【０２５２】
図７Ｃは、ターゲットから全てのアンテナまでの距離に基づいてターゲットロケーションを求めることを示す概略図である。アンテナ位置１０２、１０３、１０４、及び１０５と、ターゲット１３０からアンテナ１０２、１０３、１０４、及び１０５までの距離７０２ａ、７０３ａ、７０４ａ、及び７０５ａとが与えられると、円７０２ｂ、７０３ｂ、７０４ｂ、及び７０５ｂが描かれる。これらの円７０２ｂ、７０３ｂ、７０４ｂ、及び７０５ｂの交点が、ターゲット１３０のロケーションを示す。
【０２５３】
また、本明細書において略述された様々な方法又はプロセスは、様々なオペレーティングシステム又はプラットフォームのうちの任意の１つを用いる１つ以上のプロセッサ上で実行可能なソフトウェアとしてコード化することができる。加えて、そのようなソフトウェアは、複数の適したプログラミング言語及び／又はプログラミングツール若しくはスクリプティングツールのうちの任意のものを用いて記述することができ、実行可能機械語コード、又はフレームワーク若しくは仮想機械上で実行される中間コードとしてコンパイルすることもできる。通常、プログラムモジュールの機能は、様々な実施の形態において所望に応じて組み合わせることもできるし、分散させることもできる。
【０２５４】
また、本発明の実施の形態は、方法として具現化することができ、この方法の一例が提供されている。この方法の一部として実行される動作は、任意の適した方法で順序付けることができる。したがって、例示したものと異なる順序で動作が実行される実施の形態を構築することができ、この順序は、幾つかの動作が例示の実施の形態では順次的な動作として示されていても、それらの動作を同時に実行することを含むことができる。さらに、請求項の要素を修飾する、特許請求の範囲における「第１」、「第２」等の序数の使用は、それ自体で、１つの請求項の要素の別の請求項の要素に対する優先順位も、優位性も、順序も暗示するものでもなければ、方法の動作が実行される時間的な順序も暗示するものでもなく、請求項の要素を区別するために、単に、或る特定の名称を有する１つの請求項の要素を、同じ（序数の用語の使用を除く）名称を有する別の要素と区別するラベルとして用いられているにすぎない。
【産業上の利用可能性】
【０２５５】
本発明のレーダー撮像のシステム及び方法は、多種の分野におけるレーダー撮像に利用可能である。
【図１Ａ】
2019517673.tif 000100
【図１Ｂ】
2019517673.tif 000101
【図１Ｃ】
2019517673.tif 000102
【図１Ｄ】
2019517673.tif 000103
【図１Ｅ】
2019517673.tif 000104
【図２】
2019517673.tif 000105
【図３Ａ】
2019517673.tif 000106
【図３Ｂ】
2019517673.tif 000107
【図４】
2019517673.tif 000108
【図５Ａ】
2019517673.tif 000109
【図５Ｂ】
2019517673.tif 000110
【図５Ｃ】
2019517673.tif 000111
【図５Ｄ】
2019517673.tif 000112
【図６Ａ】
2019517673.tif 000113
【図６Ｂ】
2019517673.tif 000114
【図６Ｃ】
2019517673.tif 000115
【図７Ａ】
2019517673.tif 000116
【図７Ｂ】
2019517673.tif 000117
【図７Ｃ】
2019517673.tif 000118
【手続補正書】
【提出日】平成30年11月30日(2018.11.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
分散センシングプラットフォームを用いたレーダー撮像における幾つかの課題は、不正確な較正又は様々な位置摂動に起因してプラットフォームのロケーションを特定することができないことである。例えば、車両搭載レーダーシステムの場合、車両が幾つかの事前に設計された軌道に沿って移動しているとき、滑らかでない路面又は変動する運転速度及び運転方向に起因して、位置摂動がもたらされる。これらの位置摂動は、レーダー中心周波数の数波長分と同程度の大きさを有する可能性がある。全地球測位システム（ＧＰＳ）等の今日のナビゲーションシステムは、位置を測定することができるが、位置摂動に起因して起こり得る位置誤差は、高分解能分散レーダー撮像の範囲を越えている。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
したがって、波長を越える未知の位置摂動を補償するためにオートフォーカスを行うことができる分散アレイのためのレーダー撮像システム及び方法が必要とされている。
本開示の実施の形態は、未知の位置摂動を補償するためにオートフォーカスを行う移動レーダープラットフォームの分散アレイを用いたレーダー撮像のシステム及び方法に関する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
【図１Ａ】本開示の実施の形態による、関心領域（ＲＯＩ）においてターゲットを検出する移動レーダープラットフォームの分散アレイを有する分散移動レーダー撮像システムを示す概略図である。
【図１Ｂ】本開示の実施の形態による方法のステップを示すブロック図である。
【図１Ｃ】図１Ｂのステップ１７０及びステップ１８０に関する図であり、（ａ）は、本開示の実施の形態による、１組のレーダー反射を時間整列するステップ１７０と、１組の反射波が、１組の受信機の粗い位置に固有の時間に整列される同じターゲットに対応するパルスに当てはめられる直線ｔ０に関するステップ１８０とを示す概略図であり、（ｂ）は、本開示の実施の形態による、仮想アレイに形成された１組の受信機の位置を示す概略図である。
【図１Ｄ】図１Ｂのステップ１８０に関する図であり、図１Ｄは、本開示の実施の形態による、「対応する反射波のパルス」と「当てはめられた直線」ｔ０との間の対応する距離を用いて仮想アレイの各受信機の位置を調整することを示す概略図である。
【図１Ｅ】図１Ｂのステップ１９９に関する図であり、本方法が、本開示の実施の形態に従って、１組の受信機の計算されたずれに対する仮想アレイ上の受信機の調整された位置を用いるとともに１組の受信機のずれを用いて仮想アレイにおける１組の受信機の反射波を位置決めして、１組の反射波からレーダー画像を融合することができることを示す図である。
【図２】本開示の実施の形態による、ＲＯＩに向けて放出された放出レーダーパルスを示す分散移動レーダー撮像システムを示す概略図である。
【図３Ａ】本開示の実施の形態による、互いに通信するとともにオートフォーカス撮像プロセッサによって処理されるメモリ内の収集されたデータを記憶する同期されたレーダープラットフォームを示す分散レーダー撮像システムのコンピューターシステムのブロック図である。
【図３Ｂ】本開示の幾つかの実施の形態による、本開示によって考察される分散レーダー撮像システムのコンピューターシステムのブロック図である。
【図４】本開示の実施の形態によるデータコヒーレンス及びスパース性駆動分散アレイ撮像方法のブロック図である。
【図５Ａ】本開示の実施の形態による、ターゲットシグネチャを抽出する図４のブロック４００の反復方法のブロック図である。
【図５Ｂ】本開示の実施の形態による、時間シフトを推定する詳細を含む図５Ａのブロック４００の反復方法のステップ５０２のブロック図である。
【図５Ｃ】本開示の実施の形態による、アンテナとターゲットとの間の伝播距離、すなわち、アンテナごとの推定された位置シフトを推定する詳細を含む図５Ａのブロック４００の反復方法のステップ５０３のブロック図である。
【図５Ｄ】本開示の実施の形態による、ターゲット信号抽出の詳細を含む図５Ａのブロック４００の反復方法のステップ５０４のブロック図である。
【図６Ａ】本開示の実施の形態による、信号投影の詳細を含む図４のブロック３４０の反復方法のステップ４０５のブロック図である。
【図６Ｂ】本開示の実施の形態による、信号投影前のアンテナ位置を示す概略図である。
【図６Ｃ】本開示の実施の形態による、信号投影後のアンテナ位置を示す概略図である。
【図７Ａ】本開示の実施の形態による信号投影ステップ６００ａ、６００ｂ、６００ｃのブロック図である。
【図７Ｂ】本開示の実施の形態による、アンテナから全てのターゲットまでの距離に基づいてアンテナロケーションを求めることを示す概略図である。
【図７Ｃ】本開示の実施の形態による、ターゲットから全てのアンテナまでの距離に基づいてターゲットロケーションを求めることを示す概略図である。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
図１Ｃの部分（ｂ）は、図１Ｂのステップ１８０を示す概略図である。部分（ｂ）は、直線ｔ０が、１組の反射波１０２ｘ、１０３ｘ、１０４ｘ、１０５ｘが時間整列される同じターゲットに対応するパルスに当てはめられることを示している。当てはめる直線は、位置誤差の平均がゼロであると仮定して、ＧＰＳ位置又は事前に設計された位置によって求められる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
図１Ｄは、図１Ｂのステップ１９０を示す概略図である。図１Ｄは、「対応する反射波のパルス」と「当てはめられる直線」ｔ０との間の対応する距離を用いて、仮想アレイの各受信機の位置を調整すること（１０２ｔ１、１０３ｔ２、１０４ｔ３、１０５ｔ４）を示す概略図である。上述したように、各受信機位置が仮想アレイ上で調整される理由は、対応する距離が、送信レーダーパルスの伝播距離、すなわち、送信機からターゲットに向かい受信機に戻る総距離が、粗いロケーションの送信機からターゲットに向かい粗いロケーションの受信機に戻る総距離とどれだけ異なるのかを示しているからである。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
図３Ｂを更に参照すると、画像データ又は関連した画像データは、とりわけ、記憶及び／又は更なる処理のために、ネットワーク３３６の通信チャネルを経由して送信することができ、及び／又は、コンピューターの記憶システム３５８内に記憶することができる。さらに、画像データ又は関連した画像データは、受信機３４１から無線又は有線で受信することもできるし、送信機３４３を介して無線又は有線で送信することもでき、受信機３４１及び送信機３４３はともに、バス３５６を通じてコンピューターシステム３００Ｂに接続されている。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
コンピューターシステム３００Ｂは、外部センサー３３１、１つ以上の入力デバイス３４１ａ、他のコンピューター３４２及び他のデバイス３４４に接続することができる。外部センサー３３１は、動きセンサー、慣性センサー、或るタイプの測定センサー等を含むことができる。外部センサー３３１は、速度、方向、空気流、物体又はロケーションまでの距離、気象条件等のセンサーを含むことができる。入力デバイス３４１ａは、例えば、キーボード、スキャナー、マイクロフォン、スタイラス、タッチ検知パッド又はディスプレイを含むことができる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９０】
である。上記最適化問題は、圧縮センシング撮像において用いられることが多いグループスパース性定式化と類似している。具体的には、上記最適化問題は、全ての未知のベクトルが同じ非ゼロのサポート（suport：台）を共有するが、そのサポート内では一般に異なる値を有することに依拠している。一方、式（９）において定式化されたオートフォーカス問題は、投影行列が全てのアンテナにわたって同一でないので、グループスパース性問題よりも一般的である。それらは、同じターゲットシグネチャベクトル
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２４８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２４８】
図６Ａは、検出された各ターゲットの信号を等間隔アレイによって受信された信号に投影する詳細を含む、図４のブロック３４０（すなわち、ブロック３４０は、図３Ａのコンピューター３００Ａ及び図３Ｂのコンピューター３００Ｂのオートフォーカス撮像プロセッサ（３４０）である）の詳細なレビューの反復方法のステップ４０５のブロック図である。検出されたターゲットの入力コヒーレント信号４０２が与えられると、処理される投影が、ターゲットごとに実行される。例えば、ターゲット＃１のコヒーレント信号４０２Ａは、ターゲットから受信機アンテナのそれぞれまで及びターゲットから対応する投影される等間隔分散アンテナまでの伝播距離の差に従って投影され（図７Ａに示す詳細を参照されたい）、コヒーレント信号は時間シフトされて、投影されたコヒーレント信号４０４Ａが生成される。ターゲットの投影された信号は合算されて、投影された等間隔直線アレイの投影された信号４０４が形成される。
【手続補正１０】
【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】
関心領域（ＲＯＩ）に送信されたレーダーパルスに応答してレーダー画像を融合する方法であって、送信機は前記レーダーパルスを前記ＲＯＩに向けて送信し、１組の分散受信機は前記ＲＯＩからの１組の反射波を受信し、該方法は、
前記ＲＯＩに位置する少なくとも１つのターゲットから前記１組の反射波を受信することであって、各反射波は、前記１組の分散受信機からの、対応する時刻及び対応する粗い位置における受信機によって記録されることと、
前記１組の分散受信機の前記対応する粗い位置を用いて前記１組の反射波を時間スケール上で整列して、前記少なくとも１つのターゲットの前記１組の反射波の時間投影を生成することと、
前記１組の分散受信機から受信された前記１組の反射波におけるレーダーパルスから形成されたデータ点に直線を当てはめることと、
前記当てはめられた直線と各データ点との間の距離を求めることと、
前記当てはめられた直線と各データ点との間の前記対応する距離を用いて、前記１組の分散受信機の前記粗い位置を調整することと、
前記１組の分散受信機の前記調整された粗い位置において受信された前記１組の反射波を用いて前記レーダー画像を融合することと、
を含み、該方法の工程はプロセッサによって実行される、方法。
【請求項２】
前記当てはめられた直線と各データ点との間の前記対応する距離を用いて前記１組の分散受信機の前記粗い位置を調整することは、前記１組の分散受信機の仮想等間隔直線アレイを与える、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記１組の受信機における各受信機は移動しており、前記少なくとも１つのターゲットと同じ側においてランダムに分散している、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記１組の受信機における各受信機は、未知の位置摂動を有するとともに、前記少なくとも１つのターゲットに対して所定の角度範囲内のランダムな向きを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記融合されたレーダー画像は、高解像度２次元（２Ｄ）レーダー画像である、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記少なくとも１つのターゲットは、前記ＲＯＩに位置する複数のターゲットを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記複数のターゲットからの前記受信された１組の反射波は、前記複数のターゲット内の一ターゲットを特定するために、データコヒーレンス解析を有する反復スパース性駆動手順を用いて処理される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
データコヒーレンスに基づくスパース性駆動手順は、前記１組の分散受信機から受信された前記１組の反射波を前記受信された１組の反射波を用いて初期化することと、
反復するステップであって、
第１のターゲットから１組の反射波を抽出するステップと、
前記１組の分散受信機の前記対応する粗い位置を用いて前記１組の反射波を時間スケール上で整列して、前記第１のターゲットの前記１組の反射波の時間投影を生成するステップと、
前記１組の分散受信機の前記１組の反射波から前記第１のターゲットの前記１組の反射波を減算するステップと、
の反復するステップと、
を含み、
前記第１のターゲットの前記１組の反射波が、前記複数のターゲットのうちの少なくとも１つのターゲットに対応していない場合には、前記反復は終了し、
対応している場合には、前記第１のターゲットの前記１組の反射波に対して撮像を実行する、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記第１のターゲットの前記１組の反射波に対して撮像を実行することは、
前記第１のターゲットについて前記１組の分散受信機から受信された前記１組の反射波におけるレーダーパルスから形成されたデータ点に直線を当てはめるステップと、
前記当てはめられた直線と各データ点との間の距離を求めるステップと、
前記当てはめられた直線と各データ点との間の前記対応する距離を用いて、前記１組の分散受信機の前記粗い位置を調整するステップと、
前記１組の分散受信機の前記調整された粗い位置において受信された前記１組の反射波を用いて前記レーダー画像を融合するステップと、
を実行することを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記プロセッサは撮像プロセッサを含み、該撮像プロセッサは、記憶された命令を実行するとともに、該撮像プロセッサによって実行可能な命令を記憶するメモリと通信するように構成される、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
関心領域（ＲＯＩ）に送信されたレーダーパルスに応答してレーダー画像を融合する方法を実行するための、プロセッサによって実行可能なプログラムを具現化した非一時的コンピューター可読記憶媒体であって、送信機は前記レーダーパルスを前記ＲＯＩに向けて送信し、１組の分散受信機は１組の反射波を前記ＲＯＩから受信し、前記方法は、
前記プロセッサによって、前記ＲＯＩに位置する少なくとも１つのターゲットから受信された前記１組の反射波を記憶することであって、各反射波は、前記１組の分散受信機からの、対応する時刻及び対応する粗い位置における受信機によって記録されることと、
前記プロセッサによって、前記１組の分散受信機の前記対応する粗い位置を用いて前記１組の反射波を時間スケール上で整列して、前記少なくとも１つのターゲットの前記１組の反射波の時間投影を生成することと、
前記プロセッサによって、前記１組の分散受信機から受信された前記１組の反射波におけるレーダーパルスから形成されたデータ点に直線を当てはめることと、
前記プロセッサによって、前記当てはめられた直線と各データ点との間の距離を求めることと、
前記プロセッサによって、前記当てはめられた直線と各データ点との間の前記対応する距離を用いて、前記１組の分散受信機の前記粗い位置を調整することと、
前記プロセッサによって、前記１組の分散受信機の前記調整された粗い位置において受信された前記１組の反射波を用いて前記レーダー画像を融合することと、
を含む、記憶媒体。
【請求項１２】
前記方法において、前記１組の分散受信機の前記粗い位置を前記調整することは、前記１組の分散受信機の仮想アレイを与える、請求項１１に記載の記憶媒体。
【請求項１３】
前記方法において、前記１組の受信機における各受信機は移動しており、前記少なくとも１つのターゲットと同じ側においてランダムに分散している、請求項１１に記載の記憶媒体。
【請求項１４】
前記方法において、前記１組の受信機における各受信機は、未知の位置摂動を有するとともに、前記少なくとも１つのターゲットに対して所定の角度範囲内のランダムな向きを有する、請求項１１に記載の記憶媒体。
【請求項１５】
前記方法において、前記融合されたレーダー画像は、高解像度２次元（２Ｄ）レーダー画像である、請求項１１に記載の記憶媒体。
【請求項１６】
前記方法において、前記プロセッサはオートフォーカス撮像プロセッサを含み、該オートフォーカス撮像プロセッサは、記憶された命令を実行するとともに、該オートフォーカス撮像プロセッサによって実行可能な命令を記憶するメモリと通信するように構成される、請求項１１に記載の記憶媒体。
【請求項１７】
関心領域（ＲＯＩ）に送信されたレーダーパルスに応答してレーダー画像を融合するシステムであって、送信機は前記レーダーパルスを前記ＲＯＩに向けて送信し、該システムは、
送信レーダーパルスに対応する前記ＲＯＩから１組の反射波を受信する１組の分散受信機と、
メモリに作動的に接続されるとともに前記１組の分散受信機と通信するプロセッサであって、該プロセッサは、
前記ＲＯＩに位置する少なくとも１つのターゲットから前記１組の反射波を受信することであって、各反射波は、前記１組の分散受信機からの、対応する時刻及び対応する粗い位置における受信機によって記録されることと、
前記１組の分散受信機の前記対応する粗い位置を用いて前記１組の反射波を時間スケール上で整列して、前記少なくとも１つのターゲットの前記１組の反射波の時間投影を生成することと、
前記１組の分散受信機から受信された前記１組の反射波におけるレーダーパルスから形成されたデータ点に直線を当てはめることと、
前記当てはめられた直線と各データ点との間の距離を求めることと、
前記当てはめられた直線と各データ点との間の前記対応する距離を用いて、前記１組の分散受信機の前記粗い位置を調整することと、
前記１組の分散受信機の前記調整された粗い位置において受信された前記１組の反射波を用いて前記レーダー画像を融合することと、
を行うように構成される、プロセッサと、
を備える、システム。
【請求項１８】
前記１組の受信機における各受信機は移動しており、前記少なくとも１つのターゲットと同じ側においてランダムに分散している、請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記１組の受信機における各受信機は、未知の位置摂動を有するとともに、前記少なくとも１つのターゲットに対して所定の角度範囲内のランダムな向きを有する、請求項１７に記載のシステム。
【請求項２０】
前記融合されたレーダー画像は、高解像度２次元（２Ｄ）レーダー画像である、請求項１７に記載のシステム。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３Ｂ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３Ｂ】
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【国際調査報告】
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2019517673.tif 000121
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