(57)【要約】【課題】ドップラ周波数のエイリアシングを十分に解消してアジマスアンビギュイティを低減することができるようにする。【解決手段】  位相補正部５−ｎが、位相差ヒストグラム生成部４から出力された位相差ヒストグラムの極大値に対応する位相差Δθｎを用いて、動揺補償部２ｂによる位相ずれ補償後の複素信号１ｂ’に対する位相のインバランス補正を実施してから、復元処理部６−ｎが、レジストレーション部３により推定されたシフト量ｓｆｔを用いて、動揺補償部２ａによる位相ずれ補償後の複素信号１ａ’とインバランス補正後の複素信号１ｂＨＳＩ−ｎとを合成する。【選択図】図１
2015001428.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
合成開口レーダにおける複数のアンテナ又は複数回の観測により受信された複素信号間のシフト量を推定し、上記シフト量にしたがって複数の複素信号間の位置合わせを行う信号位置合わせ手段と、
上記信号位置合わせ手段により位置合わせが行われた複数の複素信号の位相差をピクセル単位に抽出して、各ピクセルの位相差の頻度分布を表す位相差ヒストグラムを生成する位相差ヒストグラム生成手段と、
上記位相差ヒストグラム生成手段により生成された位相差ヒストグラムの極大値に対応する位相差を用いて、上記複数の複素信号の中の任意の複素信号に対する位相のインバランス補正を行う位相補正手段と、
上記信号位置合わせ手段により推定されたシフト量を用いて、上記複数の複素信号の中で、上記任意の複素信号以外の複素信号と上記位相補正手段によるインバランス補正後の複素信号とを合成する信号合成手段と、
上記信号合成手段による合成後の複素信号から画像を再生する画像再生手段と
を備えたレーダ信号処理装置。
【請求項２】
位相補正手段は、位相差ヒストグラム生成手段により生成された位相差ヒストグラムの極大値が複数存在している場合、各々の極大値に対応する位相差を用いて、任意の複素信号に対する位相のインバランス補正をそれぞれ実施し、
信号合成手段は、上記位相補正手段による各々のインバランス補正後の複素信号に対して、上記任意の複素信号以外の複素信号をそれぞれ合成し、
画像再生手段は、上記信号合成手段による各々の合成後の複素信号からエイリアシングを検知し、上記エイリアシングが最も少ない複素信号から画像を再生することを特徴とする請求項１記載のレーダ信号処理装置。
【請求項３】
位相補正手段は、位相差ヒストグラム生成手段により生成された位相差ヒストグラムの極大値が複数存在している場合、各々の極大値に対応する位相差を用いて、任意の複素信号に対する位相のインバランス補正をそれぞれ実施し、
信号合成手段は、上記位相補正手段による各々のインバランス補正後の複素信号に対して、上記任意の複素信号以外の複素信号をそれぞれ合成し、
画像再生手段は、上記信号合成手段による各々の合成後の複素信号から画像をそれぞれ再生することを特徴とする請求項１記載のレーダ信号処理装置。
【請求項４】
位相差ヒストグラム生成手段は、位相差ヒストグラムの極大値が複数存在している場合、複数の極大値の中で、頻度が最も高い極大値に対応する位相差を位相補正手段に出力することを特徴とする請求項１記載のレーダ信号処理装置。
【請求項５】
位相差ヒストグラム生成手段は、位相差ヒストグラムの極大値が複数存在している場合、各々の極大値を形成している山の中で、幅が最も狭い山の極大値に対応する位相差を位相補正手段に出力することを特徴とする請求項１記載のレーダ信号処理装置。
【請求項６】
信号位置合わせ手段は、
合成開口レーダにおける複数のアンテナにより受信された複素信号間のシフト量を推定し、上記シフト量にしたがって複数の複素信号間の位置合わせを行う第１のレジストレーション部と、
上記第１のレジストレーション部により位置合わせが行われた複数の複素信号を複数の領域にそれぞれ分割して、各々の分割領域の複素信号を出力する信号分割部と、
各々の分割領域毎に、上記信号分割部から出力された複数の複素信号の位相差をピクセル単位に抽出して、各ピクセルの位相差の頻度分布を表す位相差ヒストグラムを生成し、上記位相差ヒストグラムの中に極大値が複数存在していれば、上記第１のレジストレーション部により位置合わせが行われた複数の複素信号から当該分割領域の複素信号をそれぞれ除外するアンビギュイティ除外部と、
上記第１のレジストレーション部により位置合わせが行われた複数の複素信号のうち、上記アンビギュイティ除外部により除外されずに残っている複数の複素信号間のシフト量を推定し、上記シフト量にしたがって上記複数の複素信号間の位置合わせを行う第２のレジストレーション部と
から構成されていることを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１項記載のレーダ信号処理装置。
【請求項７】
信号位置合わせ手段が、合成開口レーダにおける複数のアンテナ又は複数回の観測により受信された複素信号間のシフト量を推定し、上記シフト量にしたがって複数の複素信号間の位置合わせを行う信号位置合わせ処理ステップと、
位相差ヒストグラム生成手段が、上記信号位置合わせ処理ステップで位置合わせが行われた複数の複素信号の位相差をピクセル単位に抽出して、各ピクセルの位相差の頻度分布を表す位相差ヒストグラムを生成する位相差ヒストグラム生成処理ステップと、
位相補正手段が、上記位相差ヒストグラム生成処理ステップで生成された位相差ヒストグラムの極大値に対応する位相差を用いて、上記複数の複素信号の中の任意の複素信号に対する位相のインバランス補正を行う位相補正処理ステップと、
信号合成手段が、上記信号位置合わせ処理ステップで推定されたシフト量を用いて、上記複数の複素信号の中で、上記任意の複素信号以外の複素信号と上記位相補正処理ステップによるインバランス補正後の複素信号とを合成する信号合成処理ステップと、
画像再生手段が、上記信号合成処理ステップによる合成後の複素信号から画像を再生する画像再生処理ステップと
を備えたレーダ信号処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、合成開口レーダにおける複数のアンテナにより受信された複素信号に対して所定の処理を実施して、ＳＡＲ（Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ  Ａｐｅｒｔｕｒｅ  Ｒａｄａｒ）画像を再生するレーダ信号処理装置及びレーダ信号処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
合成開口レーダにおけるレーダ信号処理装置は、複数のアンテナにより受信された複素信号に対して所定の処理を実施することでＳＡＲ画像を再生する装置である。
以下の非特許文献１には、高分解能広観測幅（ＨＲＷＳ：Ｈｉｇｈ−Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ  Ｗｉｄｅ−Ｓｗａｔｈ）を有する合成開口レーダ（ＨＲＷＳ−ＳＡＲ）が開示されている。
ＨＲＷＳ−ＳＡＲは複数の開口を有しており、レーダ信号処理装置は、ＨＲＷＳ−ＳＡＲにより受信された複数のチャネルの信号をビーム合成することで、ドップラ周波数のエイリアシングを解消してアジマスアンビギュイティを低減するようにしている。
これにより、スワス幅の広域化とアジマス分解能の改善の両立を可能にしている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】N. Gebert，G. Krieger，A. Moreira，“Digital Beamforming on Receive: Techniques and Optimization Strategies for High-Resolution Wide-Swath SAR Imaging”，IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems，vol.45，issue2，pp.564-592，2009.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のレーダ信号処理装置は以上のように構成されているので、ＨＲＷＳ−ＳＡＲにより受信された複数のチャネルの信号をビーム合成している。しかし、ＨＲＷＳ−ＳＡＲにより受信された複数のチャネルの信号は位相のずれがあるため、複数のチャネル間のインバランスを補正することなく、複数のチャネルの信号をビーム合成しても、ドップラ周波数のエイリアシングを十分に解消してアジマスアンビギュイティを低減することができない課題があった。
【０００５】
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、ドップラ周波数のエイリアシングを十分に解消してアジマスアンビギュイティを低減することができるレーダ信号処理装置及びレーダ信号処理方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係るレーダ信号処理装置は、合成開口レーダにおける複数のアンテナ又は複数回の観測により受信された複素信号間のシフト量を推定し、そのシフト量にしたがって複数の複素信号間の位置合わせを行う信号位置合わせ手段と、信号位置合わせ手段により位置合わせが行われた複数の複素信号の位相差をピクセル単位に抽出して、各ピクセルの位相差の頻度分布を表す位相差ヒストグラムを生成する位相差ヒストグラム生成手段と、位相差ヒストグラム生成手段により生成された位相差ヒストグラムの極大値に対応する位相差を用いて、複数の複素信号の中の任意の複素信号に対する位相のインバランス補正を行う位相補正手段と、信号位置合わせ手段により推定されたシフト量を用いて、複数の複素信号の中で、任意の複素信号以外の複素信号と位相補正手段によるインバランス補正後の複素信号とを合成する信号合成手段とを設け、画像再生手段が、信号合成手段による合成後の複素信号から画像を再生するようにしたものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、位相補正手段が、位相差ヒストグラム生成手段により生成された位相差ヒストグラムの極大値に対応する位相差を用いて、複数の複素信号の中の任意の複素信号に対する位相のインバランス補正を行ってから、信号合成手段が、信号位置合わせ手段により推定されたシフト量を用いて、複数の複素信号の中で、任意の複素信号以外の複素信号と位相補正手段によるインバランス補正後の複素信号とを合成するように構成したので、ドップラ周波数のエイリアシングを十分に解消してアジマスアンビギュイティを低減することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１によるレーダ信号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によるレーダ信号処理装置の処理内容（レーダ信号処理方法）を示すフローチャートである。
【図３】アジマスアンビギュイティが存在していない場合の位相差ヒストグラムの一例を示す説明図である。
【図４】アジマスアンビギュイティが存在している場合の位相差ヒストグラムの一例を示す説明図である。
【図５】エイリアシングの検知処理を示す説明図である。
【図６】この発明の実施の形態２によるレーダ信号処理装置を示す構成図である。
【図７】この発明の実施の形態３によるレーダ信号処理装置を示す構成図である。
【図８】この発明の実施の形態４によるレーダ信号処理装置のレジストレーション部３を示す構成図である。
【図９】この発明の実施の形態４によるレーダ信号処理装置のレジストレーション部３の処理内容を示すフローチャートである。
【図１０】分割領域の複素信号１ａ’（２），１ｂ’（２）を示す説明図である。
【図１１】アンビギュイティ除外部２３によりアジマスアンビギュイティが除外された複素信号１ａ’（３），１ｂ’（３）を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるレーダ信号処理装置を示す構成図である。図１は合成開口レーダにおけるアンテナの個数が２個である例を示している。
以下の説明では、プラットホームに実装されている合成開口レーダにおける２つのアンテナを「アンテナＡ」と「アンテナＢ」で区別し、アンテナＡ，Ｂにより受信された複素信号１ａ，１ｂは、地上局のレーダ信号処理装置に伝送される。
【００１０】
図１において、動揺補償部２ａはアンテナＡにより受信された複素信号１ａの位相ずれ（プラットホームの動揺が原因で発生している位相ずれ）を補償する処理を実施する。
動揺補償部２ｂはアンテナＢにより受信された複素信号１ｂの位相ずれを補償する処理を実施する。
レジストレーション部３は動揺補償部２ａによる位相ずれ補償後の複素信号１ａ’と動揺補償部２ｂによる位相ずれ補償後の複素信号１ｂ’との間のシフト量ｓｆｔを推定し、そのシフト量ｓｆｔにしたがって位相ずれ補償後の複素信号１ａ’と位相ずれ補償後の複素信号１ｂ’との間のレジストレーション（位置合わせ）を実施する。なお、レジストレーション部３は信号位置合わせ手段を構成している。
【００１１】
位相差ヒストグラム生成部４はレジストレーション部３によりレジストレーションが実施された複素信号１ａ”と複素信号１ｂ”の位相差をピクセル単位に抽出して、各ピクセルの位相差の頻度分布を表す位相差ヒストグラムを生成する処理を実施する。
また、位相差ヒストグラム生成部４は位相差ヒストグラムの極大値がＮ個（Ｎは１以上の整数）あれば、Ｎ個の極大値に対応する位相差Δθ1〜ΔθNを位相補正部５−１〜５−Ｎにそれぞれ出力する処理を実施する。
なお、位相差ヒストグラム生成部４は位相差ヒストグラム生成手段を構成している。
【００１２】
位相補正部５−ｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）は位相差ヒストグラム生成部４から出力された位相差ヒストグラムの極大値に対応する位相差Δθnを用いて、動揺補償部２ｂによる位相ずれ補償後の複素信号１ｂ’に対する位相のインバランス補正を実施し、インバランス補正後の複素信号１ｂHSI-nを復元処理部６−ｎに出力する処理を実施する。なお、位相補正部５−ｎは位相補正手段を構成している。
復元処理部６−ｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）はレジストレーション部３により推定されたシフト量ｓｆｔを用いて、動揺補償部２ａによる位相ずれ補償後の複素信号１ａ’と位相補正部５−ｎによるインバランス補正後の複素信号１ｂHSI-nとを合成し、その合成信号Ｃnをエイリアシング検知部７に出力する処理を実施する。なお、復元処理部６−ｎは信号合成手段を構成している。
【００１３】
エイリアシング検知部７は復元処理部６−１〜６−Ｎより出力された合成信号Ｃ1〜ＣNからドップラ周波数のエイリアシングをそれぞれ検知し、それらのエイリアシングの中で最も少ないエイリアシングに対応する合成信号Ｃminを画像再生部８に出力する処理を実施する。
画像再生部８はエイリアシング検知部７より出力された合成信号ＣminからＳＡＲ画像を再生する処理を実施する。
なお、エイリアシング検知部７及び画像再生部８から画像再生手段が構成されている。
【００１４】
図１の例では、レーダ信号処理装置の構成要素である動揺補償部２ａ，２ｂ、レジストレーション部３、位相差ヒストグラム生成部４、位相補正部５−１〜５−Ｎ、復元処理部６−１〜６−Ｎ、エイリアシング検知部７及び画像再生部８のそれぞれが専用のハードウェア（例えば、ＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなど）で構成されているものを想定しているが、レーダ信号処理装置がコンピュータで構成されていてもよい。
レーダ信号処理装置がコンピュータで構成されている場合、動揺補償部２ａ，２ｂ、レジストレーション部３、位相差ヒストグラム生成部４、位相補正部５−１〜５−Ｎ、復元処理部６−１〜６−Ｎ、エイリアシング検知部７及び画像再生部８の処理内容を記述しているプログラムをコンピュータのメモリに格納し、当該コンピュータのＣＰＵが当該メモリ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２はこの発明の実施の形態１によるレーダ信号処理装置の処理内容（レーダ信号処理方法）を示すフローチャートである。
【００１５】
複数の開口を有するＨＲＷＳ−ＳＡＲでは、チャネル間のインバランスとして、校正が必要な項目にチャネル間の位相差がある。
各チャネルで受信された複素信号間のレジストレーション（位置合わせ）を実施して、対応するピクセル毎に、複素信号の位相差を抽出して、その位相差の頻度分布を表す位相差ヒストグラムを生成することは、複素信号間の位相差の補正値を算出する上で有用である。
ここで、位相差ヒストグラムは、アジマスアンビギュイティが存在していなければ、図３に示すように、分布の山の数が１個だけになるが、アジマスアンビギュイティが存在している場合、図４に示すように、分布の山の数が複数個になる。
【００１６】
次に動作について説明する。
動揺補償部２ａは、アンテナＡにより受信された複素信号１ａを取得し、動揺補償部２ｂは、アンテナＢにより受信された複素信号１ｂを取得する（図２のステップＳＴ１）。
動揺補償部２ａは、アンテナＡにより受信された複素信号１ａを取得すると、その複素信号１ａの位相ずれ（プラットホームの動揺が原因で発生している位相ずれ）を補償する（ステップＳＴ２）。
即ち、動揺補償部２ａは、ＨＲＷＳ−ＳＡＲを実装しているプラットホームに備えられている動揺センサ（あるいは慣性航法装置）により得られる自機動揺データから算出される実際の軌道と、そのプラットホームの理想的な軌道との差から位相ずれを求め、その位相ずれの補正を行う。
動揺補償部２ｂは、アンテナＢにより受信された複素信号１ｂを取得すると、動揺補償部２ａと同様に、その複素信号１ｂの位相ずれを補償する（ステップＳＴ２）。
【００１７】
レジストレーション部３は、動揺補償部２ａによる位相ずれ補償後の複素信号１ａ’と動揺補償部２ｂによる位相ずれ補償後の複素信号１ｂ’とを取得し、位相ずれ補償後の複素信号１ａ’と位相ずれ補償後の複素信号１ｂ’との間のシフト量ｓｆｔを推定する。ここで、シフト量ｓｆｔとは、２つの複素信号１ａ’，１ｂ’を画像化した際に確認できる画像のずれ量である。
例えば、アロングトラック方向のベースライン長をシフト量ｓｆｔとして推定するが、アロングトラック方向のベースライン長は、アンテナＡとアンテナＢの間隔から求めることができる。
また、複素信号１ａ’と複素信号１ｂ’のスロータイムにおける相互相関値を求め、その相互相関値からアロングトラック方向のベースライン長を求めることもできる。
レジストレーション部３は、複素信号１ａ’と複素信号１ｂ’の間のシフト量ｓｆｔを推定すると、そのシフト量ｓｆｔにしたがって複素信号１ａ’と複素信号１ｂ’の間のレジストレーション（位置合わせ）を実施し、レジストレーション後の複素信号１ａ”，１ｂ”を位相差ヒストグラム生成部４に出力する（ステップＳＴ３）。ここでのレジストレーションは、一方の信号をドップラ周波数成分に変換し、スロータイムにおいて、シフト量ｓｆｔ分のずれが補正できるようにドップラ周波数成分に位相回転を施したのちに、スロータイムに変換を行って実現する。また、複素信号１ａ’と複素信号１ｂ’の間のシフト量ｓｆｔを復元処理部６−１〜６−Ｎに出力する。
これにより、レジストレーション後の複素信号１ａ”，１ｂ”を画像化した場合、双方の画像内に存在しているターゲットの位置が画像間で一致するようになる。
【００１８】
位相差ヒストグラム生成部４は、レジストレーション部３からレジストレーション後の複素信号１ａ”，１ｂ”を受けると、その複素信号１ａ”と複素信号１ｂ”の位相差をピクセル単位に抽出して、各ピクセルの位相差の頻度分布を表す位相差ヒストグラムを生成する（ステップＳＴ４）。
ヒストグラムを生成する処理自体は従来からある一般的な技術であるため、詳細な説明を省略する。
位相差ヒストグラム生成部４は、位相差ヒストグラムを生成すると、その位相差ヒストグラムの極大値を特定し、各々の極大値に対応する位相差Δθnを位相補正部５−ｎに出力する（ステップＳＴ５）。
この実施の形態１では、アジマスアンビギュイティが存在しているものとしているため、真像による位相差分布の偏りと、アジマスアンビギュイティによる位相差分布の偏りが存在するため、位相差ヒストグラムには複数の山（極大値）が存在する。
ここでは、極大値がＮ個（Ｎは１以上の整数）存在するものとして、Ｎ個の極大値に対応する位相差Δθ1〜ΔθNを位相補正部５−１〜５−Ｎに出力するものとする。
【００１９】
位相補正部５−ｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）は、位相差ヒストグラム生成部４から位相差ヒストグラムの極大値に対応する位相差Δθnを受けると、その位相差Δθnを用いて、動揺補償部２ｂによる位相ずれ補償後の複素信号１ｂ’に対する位相のインバランス補正を実施し、インバランス補正後の複素信号１ｂHSI-nを復元処理部６−ｎに出力する（ステップＳＴ６）。
位相のインバランス補正処理に用いる信号の位相回転の処理は公知の技術であるため、詳細な説明を省略する。
【００２０】
復元処理部６−ｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）は、位相補正部５−ｎからインバランス補正後の複素信号１ｂHSI-nを受けると、レジストレーション部３により推定されたシフト量ｓｆｔを用いて、動揺補償部２ａによる位相ずれ補償後の複素信号１ａ’とインバランス補正後の複素信号１ｂHSI-nとを合成し（複素信号の復元処理）、その合成信号Ｃnをエイリアシング検知部７に出力する（ステップＳＴ７）。
なお、復元処理に関しては、下記の非特許文献２に記載されている。
位相補正部５−ｎ及び復元処理部６−ｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）は、ｎ本系列で並列に実施しているが、繰り返し処理で実施するようにしてもよい。
［非特許文献２］
G. Krieger，N. Gebert，A. Moreira，“Unambiguous SAR signal reconstruction from nonuniform displaced phase center sampling”，IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters，Vol.1，issue:4，pp.260-264，2004.
【００２１】
エイリアシング検知部７は、復元処理部６−１〜６−Ｎから合成信号Ｃ1〜ＣNを受けると、その合成信号Ｃ1〜ＣNからドップラ周波数のエイリアシングをそれぞれ検知する（ステップＳＴ８）。
即ち、エイリアシング検知部７は、エイリアシングとして、図５に示すように、合成信号Ｃnにおけるドップラ周波数スペクトルの最大値と、ドップラ周波数の端部のスペクトルの値との比を求める。
なお、ドップラ周波数スペクトルは、合成信号Ｃnをアジマス方向に周波数変換（周波数変換の処理としては、例えば、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）やＤＦＴ（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）などが考えられる）したのち、周波数変換後の信号の電力成分をレンジ方向に加算や平均などを実施して雑音成分を低減することで導出される。
エイリアシング検知部７は、合成信号Ｃ1〜ＣNからドップラ周波数のエイリアシングをそれぞれ検知すると、それらのエイリアシングの中で最も少ないエイリアシングを特定し、そのエイリアシングの検知元の合成信号Ｃminを画像再生部８に出力する（ステップＳＴ９）。
【００２２】
画像再生部８は、エイリアシング検知部７から合成信号Ｃminを受けると、その合成信号ＣminからＳＡＲ画像を再生する（ステップＳＴ１０）。
ここでの画像再生処理法としては、合成開口レーダに用いられ、ビームスクイントに対応しているものであれば何でもよく、例えば、チャープスケーリング法、ω―ｋ法、レンジドップラ法、ポーラフォーマット法（例えば、下記の非特許文献３，４を参照）などを用いることができる。
［非特許文献３］
Lan G. Cumming and Frank H. Wong，“digital processing of SYNTHETIC APERTURE RADAR”，ARTECH HOUSE
［非特許文献４］
Gharles V. Jakowatz Jr.，Daniel E. Wahl，Palu H. Eichel，Dennis C. Ghiglia and Paul A. Thompson，“SPOTLIGHT-MODE SYNTHETIC APERTURE RADAR: A SIGNAL PROCESSING APPROACH”，KLUWER ACADEMIC PUBLISHERS
【００２３】
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、位相補正部５−ｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）が、位相差ヒストグラム生成部４から出力された位相差ヒストグラムの極大値に対応する位相差Δθnを用いて、動揺補償部２ｂによる位相ずれ補償後の複素信号１ｂ’に対する位相のインバランス補正を実施してから、復元処理部６−ｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）が、レジストレーション部３により推定されたシフト量ｓｆｔを用いて、動揺補償部２ａによる位相ずれ補償後の複素信号１ａ’とインバランス補正後の複素信号１ｂHSI-nとを合成するように構成したので、ドップラ周波数のエイリアシングを十分に解消してアジマスアンビギュイティを低減することができる効果を奏する。
【００２４】
また、この実施の形態１では、同一のプラットホームに複数の受信開口を具備する場合について記載しているが、複数回観測を行うリピートパス観測や、複数のプラットホームで観測を行うフォーメーションフライト観測で得られたデータを用いて、ＨＲＷＳ−ＳＡＲにより受信された信号のビーム合成に用いることも可能である。
【００２５】
実施の形態２．
図６はこの発明の実施の形態２によるレーダ信号処理装置を示す構成図であり、図において、図１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。
画像再生部８−ｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）は復元処理部６−ｎより出力された合成信号Ｃ1〜ＣNからＳＡＲ画像を再生する処理を実施する。なお、画像再生部８−ｎは画像再生手段を構成している。
【００２６】
図６の例では、レーダ信号処理装置の構成要素である動揺補償部２ａ，２ｂ、レジストレーション部３、位相差ヒストグラム生成部４、位相補正部５−１〜５−Ｎ、復元処理部６−１〜６−Ｎ及び画像再生部８−１〜８−Ｎのそれぞれが専用のハードウェア（例えば、ＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなど）で構成されているものを想定しているが、レーダ信号処理装置がコンピュータで構成されていてもよい。
レーダ信号処理装置がコンピュータで構成されている場合、動揺補償部２ａ，２ｂ、レジストレーション部３、位相差ヒストグラム生成部４、位相補正部５−１〜５−Ｎ、復元処理部６−１〜６−Ｎ及び画像再生部８−１〜８−Ｎの処理内容を記述しているプログラムをコンピュータのメモリに格納し、当該コンピュータのＣＰＵが当該メモリ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。
【００２７】
上記実施の形態１では、エイリアシング検知部７が、復元処理部６−１〜６−Ｎより出力された合成信号Ｃ1〜ＣNからドップラ周波数のエイリアシングをそれぞれ検知し、それらのエイリアシングの中で最も少ないエイリアシングに対応する合成信号Ｃminを選択するものを示したが、画像再生部８−１〜８−Ｎが、復元処理部６−１〜６−Ｎより出力された合成信号Ｃ1〜ＣNからＳＡＲ画像をそれぞれ再生し、それらのＳＡＲ画像の中から、最もアジマスアンビギュイティが少ないＳＡＲ画像を選択するようにしてもよく、上記実施の形態１と同様の効果を奏することができる。
【００２８】
また、この実施の形態２では、同一のプラットホームに複数の受信開口を具備する場合について記載しているが、複数回観測を行うリピートパス観測や、複数のプラットホームで観測を行うフォーメーションフライト観測で得られたデータを用いて、ＨＲＷＳ−ＳＡＲにより受信された信号のビーム合成に用いることも可能である。
【００２９】
実施の形態３．
図７はこの発明の実施の形態３によるレーダ信号処理装置を示す構成図であり、図において、図１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。
位相差ヒストグラム生成部１１はレジストレーション部３によりレジストレーションが実施された複素信号１ａ”と複素信号１ｂ”の位相差をピクセル単位に抽出して、各ピクセルの位相差の頻度分布を表す位相差ヒストグラムを生成する処理を実施する。
また、位相差ヒストグラム生成部１１は位相差ヒストグラムの極大値がＮ個（Ｎは１以上の整数）あれば、Ｎ個の極大値の中で、頻度が最も高い極大値に対応する位相差Δθを位相補正部１２に出力する処理を実施する。
なお、位相差ヒストグラム生成部１１は位相差ヒストグラム生成手段を構成している。
【００３０】
位相補正部１２は位相差ヒストグラム生成部１１から出力された位相差ヒストグラムの極大値に対応する位相差Δθを用いて、動揺補償部２ｂによる位相ずれ補償後の複素信号１ｂ’に対する位相のインバランス補正を実施し、インバランス補正後の複素信号１ｂHSIを復元処理部１３に出力する処理を実施する。なお、位相補正部１２は位相補正手段を構成している。
復元処理部１３はレジストレーション部３により推定されたシフト量ｓｆｔを用いて、動揺補償部２ａによる位相ずれ補償後の複素信号１ａ’と位相補正部１２によるインバランス補正後の複素信号１ｂHSIとを合成し、その合成信号Ｃをエイリアシング検知部７に出力する処理を実施する。なお、復元処理部１３は信号合成手段を構成している。
【００３１】
図７の例では、レーダ信号処理装置の構成要素である動揺補償部２ａ，２ｂ、レジストレーション部３、位相差ヒストグラム生成部１１、位相補正部１２、復元処理部１３及び画像再生部８のそれぞれが専用のハードウェア（例えば、ＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなど）で構成されているものを想定しているが、レーダ信号処理装置がコンピュータで構成されていてもよい。
レーダ信号処理装置がコンピュータで構成されている場合、動揺補償部２ａ，２ｂ、レジストレーション部３、位相差ヒストグラム生成部１１、位相補正部１２、復元処理部１３及び画像再生部８の処理内容を記述しているプログラムをコンピュータのメモリに格納し、当該コンピュータのＣＰＵが当該メモリ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。
【００３２】
上記実施の形態１では、Ｎ個の位相補正部５−１〜５−Ｎ及び復元処理部６−１〜６−Ｎを実装し、位相差ヒストグラム生成部４が、Ｎ個の極大値に対応する位相差Δθ1〜ΔθNを位相補正部５−１〜５−Ｎに出力するものを示したが、位相差ヒストグラム生成部１１が、Ｎ個の極大値に対応する位相差Δθ1〜ΔθNの中から、１個の位相差を選択して出力することで、位相補正部１２及び復元処理部１３の実装数を１個にしてもよい。
具体的には、以下の通りである。
【００３３】
位相差ヒストグラム生成部１１は、レジストレーション部３からレジストレーション後の複素信号１ａ”，１ｂ”を受けると、図１の位相差ヒストグラム生成部４と同様に、その複素信号１ａ”と複素信号１ｂ”の位相差をピクセル単位に抽出して、各ピクセルの位相差の頻度分布を表す位相差ヒストグラムを生成する。
位相差ヒストグラム生成部１１は、位相差ヒストグラムを生成すると、その位相差ヒストグラムの極大値を特定する。
アジマスアンビギュイティが存在している場合、上述したように、真像による位相差分布の偏りと、アジマスアンビギュイティによる位相差分布の偏りが存在するため、位相差ヒストグラムには複数の山（極大値）が存在するが、アジマスアンビギュイティによる山（極大値）は、真像による山（極大値）と比べて低く、幅が広がっている。
そこで、位相差ヒストグラム生成部１１は、Ｎ個の極大値の中から、真像による山（極大値）として、頻度が最も高い極大値を特定し、その極大値に対応する位相差Δθを位相補正部１２に出力するようにしている。
【００３４】
位相補正部１２は、位相差ヒストグラム生成部１１から位相差ヒストグラムの極大値に対応する位相差Δθを受けると、図１の位相補正部５−ｎと同様に、その位相差Δθを用いて、動揺補償部２ｂによる位相ずれ補償後の複素信号１ｂ’に対する位相のインバランス補正を実施し、インバランス補正後の複素信号１ｂHSIを復元処理部１３に出力する。
【００３５】
復元処理部１３は、位相補正部１２からインバランス補正後の複素信号１ｂHSIを受けると、図１の復元処理部６−ｎと同様に、レジストレーション部３により推定されたシフト量ｓｆｔを用いて、動揺補償部２ａによる位相ずれ補償後の複素信号１ａ’とインバランス補正後の複素信号１ｂHSIとを合成し（複素信号の復元処理）、その合成信号Ｃを画像再生部８に出力する。
【００３６】
以上で明らかなように、この実施の形態３によれば、位相差ヒストグラム生成部１１が、位相差ヒストグラムの極大値がＮ個（Ｎは１以上の整数）あれば、Ｎ個の極大値の中で、最も頻度が高い極大値に対応する位相差Δθを位相補正部１２に出力するように構成したので、上記実施の形態１と同様の効果を奏するほかに、位相補正部１２及び復元処理部１３の実装数を１個にして、構成の簡略化を図ることができる効果を奏する。
【００３７】
この実施の形態３では、位相差ヒストグラム生成部１１が、位相差ヒストグラムの極大値がＮ個（Ｎは１以上の整数）あれば、Ｎ個の極大値の中で、最も頻度が高い極大値に対応する位相差Δθを位相補正部１２に出力するものを示したが、Ｎ個の極大値を形成している山の中で、幅が最も狭い山の極大値を選択し、その極大値に対応する位相差Δθを位相補正部１２に出力するようにしてもよく、同様の効果を奏することができる。
なお、山の幅が狭い極大値を選択する際、山の高さを揃える正規化を行ってから山の幅が狭い極大値を選択するようにしてもよい。
【００３８】
また、この実施の形態３では、同一のプラットホームに複数の受信開口を具備する場合について記載しているが、複数回観測を行うリピートパス観測や、複数のプラットホームで観測を行うフォーメーションフライト観測で得られたデータを用いて、ＨＲＷＳ−ＳＡＲにより受信された信号のビーム合成に用いることも可能である。
【００３９】
実施の形態４．
図８はこの発明の実施の形態４によるレーダ信号処理装置のレジストレーション部３を示す構成図である。
第１のレジストレーション部２１は動揺補償部２ａによる位相ずれ補償後の複素信号１ａ’と動揺補償部２ｂによる位相ずれ補償後の複素信号１ｂ’との間のシフト量ｓｆｔとして、アンテナＡとアンテナＢの間隔からアロングトラック方向のベースライン長を求め、そのベースライン長にしたがって複素信号１ａ’と複素信号１ｂ’との間のレジストレーション（位置合わせ）を実施する。
信号分割部２２は第１のレジストレーション部２１によるレジストレーション後の複素信号１ａ’（１），１ｂ’（１）を複数の領域にそれぞれ分割して、各々の分割領域の複素信号１ａ’（２），１ｂ’（２）を出力する処理を実施する。
【００４０】
アンビギュイティ除外部２３は各々の分割領域毎に、信号分割部２２から出力された複素信号１ａ’（２）と複素信号１ｂ’（２）の位相差をピクセル単位に抽出して、各ピクセルの位相差の頻度分布を表す位相差ヒストグラムを生成し、その位相差ヒストグラムの中に極大値が複数存在していれば、第１のレジストレーション部２１によるレジストレーション後の複素信号１ａ’（１），１ｂ’（１）から当該分割領域の複素信号１ａ’（２），１ｂ’（２）をそれぞれ除外する処理を実施する。
第２のレジストレーション部２４は第１のレジストレーション部２１によるレジストレーション後の複素信号１ａ’（１），１ｂ’（１）のうち、アンビギュイティ除外部２３により除外されずに残っている複数の複素信号間のシフト量ｓｆｔを推定し、そのシフト量ｓｆｔにしたがって上記複数の複素信号間のレジストレーション（位置合わせ）を実施する。
【００４１】
次に動作について説明する。
レジストレーション部３の内部処理以外は、上記実施の形態１〜３と同様であるため、ここでは、レジストレーション部３の内部処理だけを説明する。
図９はこの発明の実施の形態４によるレーダ信号処理装置のレジストレーション部３の処理内容を示すフローチャートである。
【００４２】
第１のレジストレーション部２１は、動揺補償部２ａによる位相ずれ補償後の複素信号１ａ’と、動揺補償部２ｂによる位相ずれ補償後の複素信号１ｂ’とを取得すると、複素信号１ａ’と複素信号１ｂ’の間のシフト量ｓｆｔとして、アンテナＡとアンテナＢの間隔からアロングトラック方向のベースライン長を算出する。
ＨＲＷＳ−ＳＡＲを実装しているプラットホームの姿勢が傾いている場合、アンテナＡとアンテナＢの間隔からアロングトラック方向のベースライン長を求めても、そのベースライン長に誤差が含まれてしまうため、複素信号１ａ’と複素信号１ｂ’の相互相関値からアロングトラック方向のベースライン長を算出する方が、ベースライン長の算出精度が向上する。
しかし、アジマスアンビギュイティを含んでいる場合には、複素信号１ａ’と複素信号１ｂ’の相互相関値の算出値に大きな誤差が含まれてしまって、ベースライン長の算出精度が劣化し、アンテナＡとアンテナＢの間隔からアロングトラック方向のベースライン長を算出する方が、ベースライン長の算出精度が高いものとなる。
【００４３】
そのため、第１のレジストレーション部２１は、複素信号１ａ’と複素信号１ｂ’の間のシフト量ｓｆｔとして、アンテナＡとアンテナＢの間隔からアロングトラック方向のベースライン長を算出している。
第１のレジストレーション部２１は、アロングトラック方向のベースライン長を算出すると、そのベースライン長にしたがって複素信号１ａ’と複素信号１ｂ’との間のレジストレーションを実施する。
【００４４】
信号分割部２２は、第１のレジストレーション部２１からレジストレーション後の複素信号１ａ’（１），１ｂ’（１）を受けると、その複素信号１ａ’（１），１ｂ’（１）を複数の領域にそれぞれ分割して、各々の分割領域の複素信号１ａ’（２），１ｂ’（２）を出力する。
図１０は分割領域の複素信号１ａ’（２），１ｂ’（２）を示す説明図であり、図１０の例では、レジストレーション後の複素信号１ａ’（１），１ｂ’（１）を８×８の領域に分割している。
【００４５】
アンビギュイティ除外部２３は、信号分割部２２から各々の分割領域の複素信号１ａ’（２），１ｂ’（２）を受けると、各々の分割領域毎に、その複素信号１ａ’（２）と複素信号１ｂ’（２）の位相差をピクセル単位に抽出して、各ピクセルの位相差の頻度分布を表す位相差ヒストグラムを生成する（ステップＳＴ２３）。
各々の分割領域において、位相差ヒストグラムの山の個数が１個であれば、当該分割領域にはアジマスアンビギュイティが存在しないと考えられる。一方、位相差ヒストグラムの山の個数が複数個であれば、当該分割領域にアジマスアンビギュイティが存在していると考えられる。
そこで、アンビギュイティ除外部２３は、各々の分割領域において、位相差ヒストグラムの中に極大値が複数存在していれば、第１のレジストレーション部２１によるレジストレーション後の複素信号１ａ’（１），１ｂ’（１）から、当該分割領域の複素信号１ａ’（２），１ｂ’（２）を除外することで、当該分割領域に存在しているアジマスアンビギュイティを除外する。
図１１はアンビギュイティ除外部２３によりアジマスアンビギュイティが除外された複素信号１ａ’（３），１ｂ’（３）を示す説明図である。
【００４６】
第２のレジストレーション部２４は、アンビギュイティ除外部２３からアジマスアンビギュイティが除外された複素信号１ａ’（３），１ｂ’（３）を受けると、複素信号１ａ’（３）と複素信号１ｂ’（３）の相互相関値を求め、その相互相関値からアロングトラック方向のベースライン長を求め、そのベースライン長をシフト量ｓｆｔとして復元処理部６−１〜６−Ｎに出力する。
複素信号１ａ’（３），１ｂ’（３）にはアジマスアンビギュイティが含まれていないので、複素信号１ａ’（３）と複素信号１ｂ’（３）の相互相関値が高精度に算出されるため、高精度なベースライン長（シフト量ｓｆｔ）を求めることができる。
第２のレジストレーション部２４は、アロングトラック方向のベースライン長（シフト量ｓｆｔ）を求めると、そのシフト量ｓｆｔにしたがって複素信号１ａ’（３）と複素信号１ｂ’（３）の間のレジストレーションを実施し、レジストレーション後の複素信号１ａ’（４），１ｂ’（４）を複素信号１ａ”，１ｂ”として位相差ヒストグラム生成部４に出力する。
【００４７】
以上で明らかなように、この実施の形態４によれば、アンビギュイティ除外部２３が、第１のレジストレーション部２１によるレジストレーション後の複素信号１ａ’（１），１ｂ’（１）からアジマスアンビギュイティを除外してから、第２のレジストレーション部２４がシフト量ｓｆｔを高精度に推定して、複素信号１ａ’（３）と複素信号１ｂ’（３）の間のレジストレーションを実施するように構成したので、高精度なレジストレーションを実施することができる効果を奏する。
【００４８】
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。
【符号の説明】
【００４９】
１ａ，１ｂ  複素信号、２ａ，２ｂ  動揺補償部、３  レジストレーション部（信号位置合わせ手段）、４  位相差ヒストグラム生成部（位相差ヒストグラム生成手段）、５−１〜５−Ｎ  位相補正部（位相補正手段）、６−１〜６−Ｎ  復元処理部（信号合成手段）、７  エイリアシング検知部（画像再生手段）、８，８−１〜８−Ｎ  画像再生部（画像再生手段）、１１  位相差ヒストグラム生成部（位相差ヒストグラム生成手段）、１２  位相補正部（位相補正手段）、１３  復元処理部（信号合成手段）、２１  第１のレジストレーション部、２２  信号分割部、２３  アンビギュイティ除外部、２４  第２のレジストレーション部。
【図１】
2015001428.tif 000003
【図２】
2015001428.tif 000004
【図３】
2015001428.tif 000005
【図４】
2015001428.tif 000006
【図５】
2015001428.tif 000007
【図６】
2015001428.tif 000008
【図７】
2015001428.tif 000009
【図８】
2015001428.tif 000010
【図９】
2015001428.tif 000011
【図１０】
2015001428.tif 000012
【図１１】
2015001428.tif 000013