(57)【要約】【課題】積和演算において表現可能範囲からの桁あふれが生じた際に、その桁あふれを伴う演算結果の位相成分のずれを抑えることができるレーダ画像処理装置を提供する。【解決手段】ＦＦＴ処理部１は、その前段の信号処理部から受けたレーダ信号に対して、レーダ画像を生成するために、ＦＦＴ処理を実行する。ＦＦＴ処理部１は、バタフライ演算手段４ａ〜４ｎと、位相維持補正手段５ａ〜５ｎとを有している。位相維持補正手段５ａは、バタフライ演算手段４ａからの演算結果に桁あふれが生じたことを検出した場合には、位相維持補正を行う。位相維持補正とは、バタフライ演算の演算結果の実数部及び虚数部の比を維持するように、バタフライ演算の演算結果を予め設定された表現可能範囲内の値にする補正である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーダ画像を生成する際に所定の積和演算を行うレーダ画像処理装置であって、
前記積和演算において予め設定された表現可能範囲からの桁あふれが生じたことを検出した際に、その桁あふれを伴う演算結果の実数部及び虚数部の比を維持するように、前記表現可能範囲内の値に前記演算結果を補正する位相維持補正手段
を備えることを特徴とするレーダ画像処理装置。
【請求項２】
前記位相維持補正手段は、前記演算結果の補正に際して、前記演算結果を２のべき乗で除して得た値を前記演算結果から減じて得た値と、前記演算結果を２のべき乗で除して得た値との少なくともいずれかを算出して、その算出した値が前記表現可能範囲内である場合に、その算出した値を補正後の演算結果とする
ことを特徴とする請求項１記載のレーダ画像処理装置。
【請求項３】
前記位相維持補正手段は、前記演算結果の補正に際して、前記演算結果を２のべき乗で除して得た値を前記演算結果から減じて得た値と、前記演算結果を２のべき乗で除して得た値との少なくともいずれかの値を複数算出して複数の選択候補とし、前記複数の選択候補のうち、前記表現可能範囲内の値でかつ最大の値を補正後の演算結果とする
ことを特徴とする請求項１記載のレーダ画像処理装置。
【請求項４】
前記位相維持補正手段は、前記演算結果の補正に際して、前記表現可能範囲と前記演算結果の絶対値との比率を補正比率として算出し、その算出した補正比率を、前記演算結果の前記実数部及び前記虚数部のそれぞれに乗じて、補正後の演算結果とする
ことを特徴とする請求項１記載のレーダ画像処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、レーダ画像を生成する際に、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ：高速フーリエ変換）及びＩＦＦＴ（Ｉｎｖｅｒｓｅ  ＦＦＴ：逆高速フーリエ変換）等の処理を行うレーダ画像処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１に示すような従来のレーダ装置では、入力されたレーダ信号に、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ：高速フーリエ変換）及びＩＦＦＴ（Ｉｎｖｅｒｓｅ  ＦＦＴ：逆高速フーリエ変換）等の処理を施すことにより、レーダ画像を生成する。このような従来装置におけるＦＦＴ及びＩＦＦＴ等の処理は、積和演算を繰り返す処理であり、その演算結果をレーダ画像として精度良く表現するためには、広いダイナミックレンジを必要とする。
【０００３】
ここで、浮動小数点形式では、この広いダイナミックレンジを表現するのに適した方法だが、演算回路が複雑であり、回路規模が大きくなるという問題を抱えている。これに対して、固定小数点形式では、浮動小数点形式に比べ、演算回路が簡単であり、回路規模を小さくできるが、扱える数のダイナミックレンジが狭いという問題を抱えている。そこで、例えば、特許文献２に示すような従来の演算装置では、ダイナミックレンジの狭さによる演算精度の劣化を抑えるために、特定のバタフライ演算でのみビットシフトを行うという方法が用いられる。
【０００４】
しかしながら、特許文献２に示すような方法では、桁あふれ（オーバーフロー）が生じる可能性が生じる。そこで、例えば、特許文献３に示すような従来の演算装置では、演算処理に際して表現可能範囲からの桁あふれが生じた場合に、表現可能な最大値が演算結果として用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３３８００４号公報
【特許文献２】特開平１０−４９５１６号公報
【特許文献３】国際公開第２００６／０２２０８９号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、特許文献３に示すような従来の演算装置では、演算処理に際して表現可能範囲からの桁あふれが生じた場合に、その桁あふれを伴う演算結果を表現可能な最大値に置き換えており、実数部と虚数部との比について考慮されていない。このため、このような従来の演算装置では、入力データと出力データとのそれぞれの位相成分にずれが生じ、そのずれが大きくなるという問題がある。従って、特許文献３に示すような従来の演算装置をレーダ画像処理装置に適用した場合には、レーダ画像の各画素の位相成分のずれが大きくなってしまう。
【０００７】
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あり、表現可能範囲からの桁あふれを伴う演算結果の位相成分のずれを抑えることができるレーダ画像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】
【０００８】
この発明のレーダ画像処理装置は、レーダ画像を生成する際に所定の積和演算を行うものであって、前記積和演算において予め設定された表現可能範囲からの桁あふれが生じたことを検出した際に、その桁あふれを伴う演算結果の実数部及び虚数部の比を維持するように、前記表現可能範囲内の値に前記演算結果を補正する位相維持補正手段を備えるものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明のレーダ画像処理装置によれば、位相維持補正手段が、表現可能範囲からの桁あふれを伴う演算結果の実数部及び虚数部の比を維持するように、予め設定された表現可能範囲内の値に演算結果を補正するので、演算結果の補正の前後を通じて演算結果の実数部及び虚数部の比の変化が抑えられることにより、表現可能範囲からの桁あふれを伴う演算結果の位相成分のずれを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１によるレーダ画像処理装置の要部を示すブロック図である。
【図２】図１の位相維持補正手段の補正の内容を示す直交座標系による複素平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、この発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１によるレーダ画像処理装置の要部を示すブロック図である。なお、図１のＦＦＴ処理部１は、一例として、１６Ｋ点（＝１６３８４点）のＦＦＴを行う場合の構成を示している。
図１において、レーダ画像処理装置（図示せず）に組み込まれたＦＦＴ処理部１は、その前段の信号処理部（図示せず）から、入力線２を介して、固定小数点データ（レーダ信号）を受ける。また、ＦＦＴ処理部１は、その前段の信号処理部（図示せず）から受けたレーダ信号に対して、レーダ画像を生成するために、ＦＦＴ処理を実行する。そして、ＦＦＴ処理部１は、ＦＦＴ処理の結果を、出力線３を介して、後段の信号処理部（図示せず）に送る。
【００１２】
また、ＦＦＴ処理部１は、複数のバタフライ演算手段４ａ〜４ｎと、複数の位相維持補正手段５ａ〜５ｎとを有している。バタフライ演算手段４ａ〜４ｎは、それぞれＦＦＴにおけるバタフライ演算（所定の積和演算）を行う。位相維持補正手段５ａは、バタフライ演算手段４ａの後段に配置され、バタフライ演算手段４ａの演算結果を受ける。また、位相維持補正手段５ａは、バタフライ演算手段４ａからの演算結果に生じた表現可能範囲からの桁あふれを検出可能である。
【００１３】
さらに、位相維持補正手段５ａは、バタフライ演算手段４ａからの演算結果に桁あふれが生じたことを検出した場合には、位相維持補正を行う。ここで、位相維持補正とは、バタフライ演算の演算結果（複素数の値）の実数部及び虚数部の比を維持するように、バタフライ演算の演算結果を予め設定された表現可能範囲内の値にする補正である。また、位相維持補正手段５ａは、バタフライ演算手段４ｂに補正後の演算結果を送る。
【００１４】
位相維持補正手段５ｂ〜５ｎのそれぞれは、位相維持補正手段５ａと同様に、バタフライ演算手段４ｂ〜４ｎのそれぞれの後段に配置されている。また、位相維持補正手段５ｂ〜５ｎのそれぞれは、その前段のバタフライ演算手段４ｂ〜４ｎのそれぞれの演算結果に、桁あふれが生じていることを検出した場合には、その前段のバタフライ演算手段４ｂ〜４ｎから受けた演算結果に位相維持補正を行う。
【００１５】
なお、位相維持補正手段５ａ〜５ｎは、その前段のバタフライ演算手段４ａ〜４ｎの演算結果の桁あふれを検出しなければ、その前段から受けた演算結果を、そのまま後段のバタフライ演算手段４ｂ〜４ｎ又は信号処理部に送る。また、ＦＦＴ処理部１は、その後段の信号処理部から制御線６を介して、動作パラメータを受ける。この動作パラメータは、位相維持補正手段５ａ〜５ｎの処理内容を切り替えるために、予め設定された値である。
【００１６】
位相維持補正手段５ｎは、その前段のバタフライ演算手段４ｎから受け取ったデータに対して位相維持補正を行い、出力線３を介して、後段の信号処理部（図示せず）に演算結果を送る。これにより、ＦＦＴ処理部１は、ＦＦＴ処理の結果に位相維持補正を施した結果である固定小数点データを、出力線３を介して、後段の信号処理部に送る。
【００１７】
次に、位相維持補正手段５ａの動作について、より具体的に説明する。ここで、バタフライ演算手段４ａは、位相乗算と加算とを用いた処理を行う。例えば、ＦＦＴ処理部１の入力値を１６ｂｉｔ固定小数点形式とした場合には、最終的な演算結果であるＦＦＴ処理部１の出力値は、最大で１８ｂｉｔとなる可能性がある。以下、ＦＦＴ処理部１の入力値を１６ｂｉｔ固定小数点形式として説明を行う。
【００１８】
位相維持補正手段５ａは、制御線６の動作パラメータに応じた処理を実行する。また、位相維持補正手段５ａは、動作パラメータにおいてビットシフトが指定されていた場合には、バタフライ演算手段４ａの演算結果について、ビットシフト処理を行う。
【００１９】
この場合、位相維持補正手段５ａは、演算結果を１ｂｉｔ右シフトし、これを演算結果とする。そして、位相維持補正手段５ａは、上位ビットを破棄し、下位１６ｂｉｔを位相維持補正手段５ａの結果として後段のバタフライ演算手段４ｂに送る。なお、ビットシフトとして２ｂｉｔを指定している場合は、演算結果を２ビット右シフトし、これを演算結果とする。
【００２０】
他方、動作パラメータにおいてビットシフトが指定されていない場合には、位相維持補正手段５ａは、バタフライ演算手段４ａの演算結果が１６ｂｉｔ固定小数点の表現範囲に収まっているか否かを確認する。このときに、位相維持補正手段５ａは、この範囲から外れている場合は、表現可能範囲からの桁あふれが生じていると判断し、例えば、次の２つの値Ａ，Ｂを算出する。なお、バタフライ演算手段４ａの演算結果は、複素数であり、この演算結果には、実数部と虚数部との両方が含まれている。
値Ａ＝演算結果÷２
値Ｂ＝演算結果−（演算結果÷４）
【００２１】
そして、位相維持補正手段５ａは、算出した値Ａ，Ｂのうち、「１６ｂｉｔ固定小数点の表現範囲内に収まり、かつ、絶対値が大きい値」を選択する。この後、位相維持補正手段５ａは、選択した値Ａ又は値Ｂの上位ビットを破棄し、その下位１６ｂｉｔを位相維持補正手段５ａの結果として後段のバタフライ演算手段４ｂに送る。即ち、位相維持補正手段５ａは、バタフライ演算手段４ａの演算結果を２のべき乗で除して得た値と、バタフライ演算手段４ａの演算結果を２のべき乗で除して得た値をその演算結果から減じて得た値とのうち、表現可能範囲内で最大の値を補正後の演算結果とする。
【００２２】
従って、位相維持補正手段５ａは、位相維持補正を行う際に、演算結果の実数部及び虚数部のそれぞれを同一の値で除算することから、演算結果の実数部及び虚数部の比が維持され、バタフライ演算手段４ａの演算結果の位相成分は、位相維持補正の前後を通じてそのまま維持される。この結果、位相を維持したまま、バタフライ演算手段４ａの演算結果を１６ｂｉｔ固定小数点形式の範囲内に収めることができる。なお、位相維持補正手段５ｂ〜５ｎの動作も、位相維持補正手段５ａの動作と同様である。
【００２３】
次に、実施の形態１のレーダ画像処理装置と特許文献３に示すような従来の演算装置とを対比して説明する。図２は、図１の位相維持補正手段４ａの位相維持補正の内容を示す直交座標系による複素平面図である。図２において、１１は、１６ｂｉｔ固定小数点形式で桁あふれとならずに表現できる範囲、即ち表現可能範囲を示す。なお、バタフライ演算手段４ａの演算結果が領域１１から外れた場合、位相維持補正手段５ａが位相維持補正を行う。１２は、バタフライ演算手段４ａの演算結果の値を示す。１３は、従来の演算装置の方式を用いた場合の補正後の値を示す。１４は、従来の演算装置の方式を用いた場合の位相のずれを示す。１５は、実施の形態１の位相維持補正手段５ａによる位相維持補正後の値を示す。
【００２４】
まず、バタフライ演算手段４ａの演算結果として値１２が得られたとする。この場合に、従来の演算装置のように、表現可能範囲から桁あふれした値を表現可能な最大値に置き換える補正方式を用いると、その補正後の値は、複素平面内で値１３の位置に移動することになる。従って、補正後の演算結果の値は、虚数部において、角度１４だけ位相成分がずれることになる。
【００２５】
これに対して、実施の形態１の位相維持補正手段５ａによる位相維持補正を用いた場合には、バタフライ演算手段４ａの実数部及び虚数部の両方に「演算結果÷２」という補正がされ、その補正後の値は、複素平面内で値１５の位置に移動することになる。
以上の動作により、実施の形態１のＦＦＴ処理部１は、ＦＦＴ処理の結果を１６ｂｉｔ固定小数点形式の範囲内に収めることができる。
【００２６】
上記のような実施の形態１のレーダ画像処理装置では、位相維持補正手段５ａ〜５ｎが、バタフライ演算手段４ａ〜４ｎの演算結果の実数部及び虚数部の比を維持するように、予め設定された表現可能範囲内の値に演算結果を補正する。この構成により、バタフライ演算手段４ａ〜４ｎの演算結果の補正の前後を通じて、これらの演算結果の実数部及び虚数部の比の変化が抑えられることにより、表現可能範囲からの桁あふれを伴う演算結果の位相成分のずれを抑えることができる。
【００２７】
より具体的に、表現可能範囲からの桁あふれが最終段のバタフライ演算手段４ｎのみで発生した場合には、位相維持補正手段５ｎの位相維持補正により、位相ずれのない結果を出力することができる。また、バタフライ演算手段４ａ〜４ｎについての演算可能範囲（表現可能範囲よりも広い範囲）からの桁あふれが、最終段以外のバタフライ演算手段４ａ〜４ｍで発生し、その桁あふれの影響によってバタフライ演算手段４ａ〜４ｍの演算結果に位相ずれが含まれる場合であっても、位相維持補正手段５ａ〜５ｍの位相維持補正により、位相ずれの影響を最小限に抑制する効果を得られる。
【００２８】
なお、実施の形態１では、位相維持補正手段５ａ〜５ｎが位相維持補正をする際に２つの値Ａ，Ｂを算出し、このうちのいずれかの値を演算結果として選択していた。しかしながら、この例に限定するものではなく、常に値Ａのみの算出と選択とを行ってもよい。この場合には、装置規模の縮小化を図ることができる。
【００２９】
実施の形態２．
実施の形態１では、位相維持補正手段５ａ〜５ｎが、以下の２つの値Ａ，Ｂを算出し、このうちの「１６ｂｉｔ固定小数点の表現範囲内に収まり、かつ、絶対値が大きい値」を選択するとしていた。これに対して、実施の形態２の位相維持補正手段５ａ〜５ｎは、選択候補として算出する値を実施の形態１の位相維持補正手段５ａ〜５ｎに比べて増やし、その中から「１６ｂｉｔ固定小数点の表現範囲内に収まり、かつ、絶対値が大きい値」を選択する。
【００３０】
例えば、以下のように、選択候補を増やす方法がある。この場合でも、実施の形態１と同様に、位相維持補正手段５ａは、バタフライ演算手段４ａの演算結果を２のべき乗で除して選択候補を算出する。これとともに、位相維持補正手段５ａは、バタフライ演算手段４ａの演算結果を２のべき乗で除して得た値を、バタフライ演算手段４ａの演算結果から減算して選択候補を算出する。
値Ａ＝演算結果÷２
値Ｂ＝演算結果−（演算結果÷４）
値Ｃ＝演算結果−（演算結果÷８）
値Ｄ＝演算結果−（演算結果÷１６）
【００３１】
また、選択候補の増やし方としては、例えば、以下のような方法もある。
値Ａ＝演算結果−（演算結果÷８）
値Ｂ＝演算結果−（（演算結果÷８）×２）
値Ｃ＝演算結果−（（演算結果÷８）×３）
値Ｄ＝演算結果−（（演算結果÷８）×４）
これらの値の算出処理は、比較的小規模な回路で実現することができる。なお、他の構成は、実施の形態１と同様である。
【００３２】
上記のような実施の形態２のレーダ画像処理装置によれば、位相維持補正手段５ａ〜５ｎは、位相維持補正の際に、実施の形態１のものに比べて、選択候補として算出する値を増やす。この構成により、実施の形態１のものに比べて、装置規模が増大する代わりに、位相維持補正の前後を通じて、演算結果の絶対値の差を小さくすることができる。
【００３３】
実施の形態３.
実施の形態１，２では、位相維持補正手段５ａ〜５ｎが、複数の選択候補を算出して条件に合致する選択候補を選択することにより位相維持補正を行った。これに対して、実施の形態３では、位相維持補正手段５ａ〜５ｎが、バタフライ演算手段４ａ〜４ｎの演算結果の絶対値と表現可能範囲との比率を補正比率として算出し、その算出した補正比率を、バタフライ演算手段４ａ〜４ｎの演算結果の実数部及び虚数部のそれぞれに乗ずることによって、位相維持補正を行う。
【００３４】
位相維持補正手段５ａ〜５ｎは、次の式を用いた演算を行うことによって、位相維持補正を行う。
補正比率＝０ｘ７ＦＦＦ÷ａｂｓ（演算結果）
補正後の演算結果の実数部＝演算結果の実数部×比率
補正後の演算結果の虚数部＝演算結果の虚数部×比率
但し、０ｘ７ＦＦＦは、予め設定された表現可能範囲を示す値である。
「０ｘ」は、その後に続く数値が１６進数表記であることを示す。
ａｂｓ（）は、絶対値をとる関数を示す。
【００３５】
従って、この場合の位相維持補正では、位相維持補正手段５ａ〜５ｎは、バタフライ演算手段４ａ〜４ｎの演算結果に桁あふれが生じている場合に、表現可能範囲とバタフライ演算手段４ａ〜４ｎの演算結果との補正比率を算出する。そして、位相維持補正手段５ａ〜５ｎは、演算結果の実数部及び虚数部に、算出した補正比率を乗じて、補正処理後の演算結果を表現可能範囲内の値に変換する。なお、他の構成は、実施の形態１と同様である。
【００３６】
上記のような実施の形態３のレーダ画像処理装置によれば、表現可能範囲とバタフライ演算手段４ａ〜４ｎの演算結果との補正比率を求めて位相維持補正を行う方法では、実施の形態１のものに比べて、装置規模が増大する代わりに、位相維持補正の前後を通じて、演算結果の絶対値の差を小さくすることができる。
【００３７】
なお、実施の形態１〜３では、ＦＦＴ処理のバタフライ演算についての演算結果に対して、位相補正処理を施した。しかしながら、この発明は、ＩＦＦＴ処理のバタフライ演算や、その他の積和演算についても適用することができ、ＦＦＴ処理のバタフライ演算以外の演算結果についても、桁あふれが生じた際に位相補正処理を施してもよい。
【００３８】
また、実施の形態１〜３における表現可能範囲については、レーダ画像処理装置の性能等に応じて適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００３９】
１  ＦＦＴ処理部、４ａ〜４ｎ  バタフライ演算手段、５ａ〜５ｎ  位相維持補正手段。
【図１】
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【図２】
2011085471.tif 000004