(57)【要約】【課題】画像化範囲の広さにかかわらず、移動目標を画像化して検出し、正しい位置に表示する。【解決手段】被搭載移動体の移動に伴ってレーダ波のビーム方向を電子的に走査制御しながら合成開口処理する合成開口レーダ装置において、前記被搭載移動体の移動軸に従って、合成開口の受信サイクル毎に、レーダ波の受信信号をレンジ方向、アジマス角方向に、それぞれパルス圧縮用の参照信号とＡｚ圧縮用の参照信号を用いて、レンジ圧縮及びＡｚ圧縮処理して得たレンジ（Ｘ）−周波数（Ｙ）軸の出力画像の振幅の最大からＮ番目までの極値を算出し、前記最大からＮ番目までの極値付近それぞれについて、レンジ−周波数に対応する画像中心のオフセット値（Ｘ、Ｙ）を設定してオフセット補正を行い、前記オフセット補正された前記最大からＮ番目までの極値について、ポーラフォーマット変換によりＳＡＲ処理して移動目標の画像化と検出を行う。【選択図】図１
2015129693.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被搭載移動体の移動に伴ってレーダ波のビーム方向を電子的に走査制御しながら合成開口処理する合成開口レーダ装置において、
前記被搭載移動体の移動軸に従って、合成開口の受信サイクル毎に、レーダ波の受信信号をレンジ方向、アジマス角方向に、それぞれパルス圧縮用の参照信号とＡｚ圧縮用の参照信号を用いて、レンジ圧縮及びＡｚ圧縮する圧縮手段と、
前記レンジ圧縮及びＡｚ圧縮により生成したレンジ（Ｘ）−周波数（Ｙ）軸の出力画像の振幅の最大からＮ（Ｎは２以上の自然数）番目までの極値を算出する極値算出手段と、
前記最大からＮ番目までの極値付近それぞれについて、レンジ−周波数に対応する画像中心のオフセット値（Ｘ、Ｙ）を設定して、Ａｚ圧縮用の参照信号にオフセット補正を行うオフセット補正手段と、
前記オフセット補正された前記最大からＮ番目までの極値について、ポーラフォーマット変換によりＳＡＲ（Synthetic Aperture Radar）処理して移動目標の画像化と検出を行う移動目標処理手段と
を具備する合成開口レーダ装置。
【請求項２】
前記移動目標処理手段は、前記ＳＡＲ処理を時間の異なる少なくとも２回以上の複数サイクルで繰り返し、ＳＡＲ画像位置の差分と時間差により速度を算出し、その速度を用いて前記移動目標の位置を補正する請求項１記載の合成開口レーダ装置。
【請求項３】
さらに、前記ＳＡＲ画像位置を補正して得られる前記移動目標の位置に前記移動目標の画像またはシンボルを表示させる表示制御手段を備える請求項２記載の合成開口レーダ装置。
【請求項４】
さらに、前記レンジ圧縮及びＡｚ圧縮された信号からオフセットを設定しない固定目標の画像を取得する固定目標画像取得手段を備え、
前記表示制御手段は、前記固定目標の画像を前記移動目標の画像またはシンボルと重畳表示する請求項３記載の合成開口レーダ装置。
【請求項５】
被搭載移動体の移動に伴ってレーダ波のビーム方向を電子的に走査制御しながら合成開口処理する合成開口レーダ装置の画像処理方法において、
前記被搭載移動体の移動軸に従って、合成開口の受信サイクル毎に、レーダ波の受信信号をレンジ方向、アジマス角方向に、それぞれパルス圧縮用の参照信号とＡｚ圧縮用の参照信号を用いて、レンジ圧縮及びＡｚ圧縮を行い、
前記レンジ圧縮及びＡｚ圧縮により生成したレンジ（Ｘ）−周波数（Ｙ）軸の出力画像の振幅の最大からＮ（Ｎは２以上の自然数）番目までの極値を算出し、
前記最大からＮ番目までの極値付近それぞれについて、レンジ−周波数に対応する画像中心のオフセット値（Ｘ、Ｙ）を設定して、Ａｚ圧縮用の参照信号にオフセット補正を行い、
前記オフセット補正された前記最大からＮ番目までの極値について、ポーラフォーマット変換によりＳＡＲ（Synthetic Aperture Radar）処理して移動目標の画像化と検出を行う合成開口レーダ装置の画像処理方法。
【請求項６】
前記移動目標の処理は、前記ＳＡＲ処理を時間の異なる少なくとも２回以上の複数サイクルで繰り返し、ＳＡＲ画像位置の差分と時間差により速度を算出し、その速度を用いて前記移動目標の位置を補正する請求項５記載の合成開口レーダ装置の画像処理方法。
【請求項７】
さらに、前記ＳＡＲ画像位置を補正して得られる前記移動目標の位置に前記移動目標の画像またはシンボルを表示させる請求項６記載の合成開口レーダ装置の画像処理方法。
【請求項８】
さらに、前記レンジ圧縮及びＡｚ圧縮された信号からオフセットを設定しない固定目標の画像を取得し、
前記固定目標の画像を前記移動目標の画像またはシンボルと重畳表示する請求項７記載の合成開口レーダ装置の画像処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本実施形態は、合成開口レーダ装置及びその画像処理方法に係り、特に固定目標と移動目標が混在する環境下において、固定目標と移動目標を識別出力する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の合成開口レーダ（ＳＡＲ：Synthetic Aperture Radar）装置では、ＳＡＲ処理において、固定目標の場合は合成開口時間内で一定の位置にあるため、合成開口長Ｌの大開口アレイとして、固定目標に対して位相を合わせて最大ベクトルとなるように合成することが可能であり、正しい位置に画像化が可能である（非特許文献１，２，３参照）。
【０００３】
一方、移動目標の場合は、合成開口時間内でその位置が変化するため、位相が変化して大開口アレイの波面ずれが生じてしまい、正しい位置からシフトした位置に画像が生成される。これが画像シフトと呼ばれる現象であり、固定目標に移動目標を重畳すると、固定目標と移動目標の相対位置関係に大きな誤差が生じる課題があった（非特許文献４参照）。また、処理規模の制約等の理由で画像化範囲が狭い場合には、画像シフトの影響で移動目標が画像化できず、検出できない場合があった。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】ＳＡＲ方式（レンジ圧縮）：大内、“リモートセンシングのための合成開口レーダの基礎”、東京電機大学出版局、pp.131-149(2003)
【非特許文献２】ＳＡＲ方式（Ａｚ圧縮）：大内、“リモートセンシングのための合成開口レーダの基礎”、東京電機大学出版局、pp.171-178(2003)
【非特許文献３】ＳＡＲ方式（大開口アレイ合成、スポットライトＳＡＲ）：吉田、‘改定レーダ技術’、電子情報通信学会、pp.280-283(1996)
【非特許文献４】ＳＡＲ方式（移動体の画像シフト）：大内、“リモートセンシングのための合成開口レーダの基礎”、東京電機大学出版局、pp.218-223(2003)
【非特許文献５】ＳＡＲ処理方式（ポーラフォーマット変換再構成処理）：MEHRDAD SOUMEKH,“Synthetic Aperture Radar Signal Processing”, JOHN WILEY & SONS,INC.,pp.319-325(1999)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
以上述べたように、従来の合成開口レーダ装置では、固定目標に移動目標を重畳すると、固定目標と移動目標の相対位置関係に大きな誤差が生じる課題があった。また、画像化範囲が狭い場合には、画像シフトの影響で移動目標を画像化することができず、検出できない場合があった。
【０００６】
本実施形態は上記課題に鑑みなされたもので、画像化範囲の広さにかかわらず、移動目標を画像化して検出し、正しい位置に表示することのできる合成開口レーダ装置とその画像処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本実施形態に係る合成開口レーダ装置は、被搭載移動体の移動に伴ってレーダ波のビーム方向を電子的に走査制御しながら合成開口処理する合成開口レーダ装置において、前記被搭載移動体の移動軸に従って、合成開口の受信サイクル毎に、レーダ波の受信信号をレンジ方向、アジマス角方向に、それぞれパルス圧縮用の参照信号とＡｚ圧縮用の参照信号を用いて、レンジ圧縮及びＡｚ圧縮する圧縮手段と、前記レンジ圧縮及びＡｚ圧縮されたレンジ（Ｘ）−周波数（Ｙ）軸の出力画像（ＦＦＴ画像）の振幅の最大からＮ（Ｎは２以上の自然数）番目までの極値を算出する極値算出手段と、前記最大からＮ番目までの極値付近それぞれについて、レンジ−周波数に対応する画像中心のオフセット値（Ｘ、Ｙ）を設定してＡｚ圧縮用の参照信号にオフセット補正を行うオフセット補正手段と、前記オフセット補正された前記最大からＮ番目までの極値について、ポーラフォーマット変換によりＳＡＲ（Synthetic Aperture Radar）処理して移動目標の画像化と検出を行う移動目標処理手段とを具備する態様とする。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態に係る合成開口レーダ装置の構成を示すブロック図。
【図２】図１に示す装置において、信号処理部の処理の流れを示すフローチャート。
【図３】図１に示す装置において、合成開口処理における画像化範囲を説明するための概念図。
【図４】図１に示す装置において、機体フライト軸（飛翔経路）と画像化範囲との位置関係を示す概念図。
【図５】図１に示す装置において、オフセット前後のＦＦＴ画像を示す図。
【図６】図１に示す装置において、ＦＦＴ画像を生成するための処理の流れを示すフローチャート。
【図７】図１に示す装置において、ポーラフォーマット変換による画像処理の流れを示すフローチャート。
【図８】図１に示す装置において、ポーラフォーマット変換の処理内容を説明するための概念図。
【図９】図１に示す装置において、移動目標の振幅の極値を算出する方法を説明するための概念図。
【図１０】第２の実施形態に係る合成開口レーダ装置の構成を示すブロック図。
【図１１】図１０に示す装置において、信号処理部の処理の流れを示すフローチャート。
【図１２】図１０に示す装置において、サイクル間の画像による速度算出の手法を説明するための概念図。
【図１３】図１０に示す装置において、サイクル間の画像による速度算出の手法を説明するための概念図。
【図１４】図１０に示す装置において、速度ベクトルの定義を説明するための図。
【図１５】第３の実施形態に係る合成開口レーダ装置の構成を示すブロック図。
【図１６】図１５に示す装置において、信号処理部の処理の流れを示すフローチャート。
【図１７】図１５に示す装置において、補正前の画像と補正後の移動目標の位置での画像またはシンボルと固定目標の画像の重畳表示を示す図。
【図１８】図１５に示す装置において、移動目標のシンボル表示に移動目標の画像を重ねた様子を示す図。
【図１９】第４の実施形態に係る合成開口レーダ装置の構成を示すブロック図。
【図２０】図１９に示す装置において、信号処理部の処理の流れを示すフローチャート。
【図２１】図１９に示す装置において、移動目標の画像またはシンボル表示に固定目標画像を重ねた様子を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１０】
（第１の実施形態）
図１乃至図９を参照して、第１の実施形態に係る航空機搭載の合成開口レーダ装置を説明する。
【００１１】
図１はその系統構成を示すブロック図である。図１において、アンテナ１は複数のアンテナ素子を配列して大開口アレイを形成してなるフェーズドアレイアンテナであり、送受信器２の送受信部２１から繰り返し供給される特定周波数の送信パルス信号（以下、ＰＲＦ（Pulse Repetition Frequency）信号）を指定方向に送出してその反射波を受信する。送受信部２１はアンテナ１の複数のアンテナ素子でそれぞれ受信された信号をビーム制御部２２からの指示に従って位相制御を施し合成することで、画像化したい範囲に受信ビームを形成する。受信ビームで得られた受信信号は信号処理器３に送られる。
【００１２】
この信号処理器３は、ＡＤ（Analog-Digital）変換部３１、レンジ圧縮部３２、Ａｚ圧縮部３３、第１の極大値抽出部３４、オフセット量設定部３５、オフセット補正Ａｚ圧縮部３６、画像化部３７、第２の極大値抽出部３８、目標判定部３９及び移動目標出力部４０を備える。
【００１３】
上記ＡＤ変換部３１は、送受信器２から供給されるＰＲＦ受信信号をディジタル信号に変換するもので、その変換結果はレンジ圧縮部３２及びＡｚ圧縮部３３によるＳＡＲ処理部に送られる。
【００１４】
ＳＡＲ処理部において、レンジ圧縮部３２及びＡｚ圧縮部３３は、それぞれ合成開口の受信サイクル毎に、ディジタル化された開口アレイのＰＲＦ受信信号をレンジ（距離）方向、アジマス角方向に圧縮処理する。圧縮処理は、入力信号と圧縮用の参照信号との相関処理であり、これを周波数軸で行う(引用文献１参照）。具体的には、周波数軸上において、入力信号のＦＦＴ（高速フーリエ変換：Fast Fourier Transform）結果と参照信号のＦＦＴ結果との乗算を行い、ＦＦＴ画像を得る。
【００１５】
上記第１の極大値抽出部３４は、ＳＡＲ処理部で得られたＦＦＴ画像から受信サイクル毎に受信強度が極大値となるＮ点のセルを抽出する。オフセット量設定部３５は、受信サイクル毎に抽出されたＮ点のセルそれぞれの周囲に、レンジ−周波数に対応するオフセット量を設定する。オフセット補正Ａｚ圧縮部３６は、上記Ｎ点のセルに対して、設定されたオフセット量でオフセット補正を行った後、再度アジマス角方向に圧縮処理し、ＦＦＴ画像を補正する。画像化部３７は、オフセット補正されたＦＦＴ画像をポーラフォーマット変換によって位置補正し、ＳＡＲ画像として出力する。
【００１６】
上記第２の極大値抽出部３８は、ＳＡＲ画像から再度極大値をとるセルを抽出する。目標判定部３９は、抽出されたセルについて、極大値が最大となるセルを判定する。移動目標出力部４１は、最大となる極大値をもつセルを移動目標と判定してその検出結果を出力する。
【００１７】
図２は上記構成によるレーダ装置における信号処理部３の具体的な処理の流れを示すフローチャートである。まず、送受信器２のＰＲＦ送受信により開口アレイのＰＲＦ受信信号を受けて（ステップＳ１）、ＡＤ変換部３１によりディジタル信号に変換する（ステップＳ２）。続いて、レンジ圧縮部３３及びＡｚ圧縮部３４によりレンジ圧縮及びＡｚ圧縮を実施することでＦＦＴ画像を取得する（ステップＳ３，Ｓ４）。
【００１８】
その後、第１の極大値抽出部３５により、ＳＡＲ受信サイクル毎にＦＦＴ画像から強度振幅が極大値をとるセルをＮ点抽出してその周辺を０埋めし（ステップＳ５）、抽出されたＮセルそれぞれの極大値を比較して最大値を抽出する（ステップＳ６）。このとき、極大値付近のレンジ−周波数に対応する画像中心のオフセット値（Ｘ、Ｙ）を保存しておく(ステップＳ７）。
【００１９】
次に、最大値が振幅スレショルドを超えるか否かを判断し（ステップＳ８）、超えない場合には（ＮＯ）、ステップＳ５〜Ｓ７の処理を繰り返す。ステップＳ８で最大値が振幅スレッショルドを超えたと判断された場合（ＹＥＳ）には、オフセット量設定部３５において、その最大値をとるセルに保存しておいたオフセット量を設定し（ステップＳ９）、オフセット補正Ａｚ圧縮部３６にて、設定されたオフセット量でオフセット補正を行った後、再度アジマス角方向に圧縮処理し、ＦＦＴ画像を補正する（ステップＳ１０）。そして、画像化部３７において、オフセット補正されたＦＦＴ画像をポーラフォーマット変換によって位置補正し、ＳＡＲ画像として出力する（ステップＳ１１）。
【００２０】
ここで、上記第２の極大値抽出部３８により、ＳＡＲ画像から強度振幅が極大値をとるセルをＮ点抽出してその周辺を０埋めし(ステップＳ１２）、抽出されたＮセルそれぞれの極大値を比較して最大値を抽出する（ステップＳ１３）。このとき、最大値を示す極値を保存しておく（ステップＳ１４）。
【００２１】
次に、最大値が振幅スレショルドを超えるか否かを判断し（ステップＳ１５）、超えない場合には（ＮＯ）、ステップＳ１２〜Ｓ１４の処理を繰り返す。ステップＳ１５で最大値が振幅スレッショルドを超えたと判断された場合（ＹＥＳ）には、目標判定部３９において、最大値となった極値を持つセルを移動目標と判定し保存する（ステップＳ１６）。ここでオフセット数が規定値に達したか否かを判定し（ステップＳ１７）、既定値に達するまでは（ＮＯ）ステップＳ９〜Ｓ１６の処理を繰り返し、オフセット数が規定値に達した場合には（ＹＥＳ）、移動目標と判定してその検出結果を出力し（ステップＳ１８）、次のサイクルの処理に移行する。
【００２２】
上記構成及び処理内容について、さらに具体的に説明する。
【００２３】
まず、上記航空機搭載の合成開口レーダ装置におけるＳＡＲ処理について説明する。スポットライトＳＡＲ（非特許文献３参照）の場合、図３に示すように、飛翔経路上の航空機において、搭載レーダ装置では、実開口ビームを画像化範囲に常に向けて照射し、合成開口時間（１サイクル）内で、ＰＲＩ間隔で送信したパルス毎に、ＰＲＩ内のレンジセル単位でデータを取得する。この取得データを用いてＳＡＲ処理を実施してＳＡＲ画像を得る。なお、図３はスポットライトＳＡＲの場合の図であるが、ＳＡＲ画像を得られれば、側方を観測するストリップマップＳＡＲ等の他の方式でもよい。図４に座標系の定義を示す。
【００２４】
次に、本実施形態の特徴とするＦＦＴ画像の生成方法とＦＦＴ画像における移動目標の値を抽出する方法について述べる。
【００２５】
まず、パルス圧縮によるレンジ圧縮を行う。パルス圧縮は、入力信号とパルス圧縮用の参照信号の相関処理であり、これを周波数軸で行う（引用文献１）。この場合、周波数軸上において、入力信号のＦＦＴ結果と参照信号のＦＦＴ結果の乗算を行う。
【数１】
2015129693.tif 000003
【００２６】
時間軸上の信号に戻すには、パルス圧縮後の信号ｓを逆フーリエ変換すればよいが、このあとＡｚ圧縮部３３（クロスレンジ圧縮、引用文献２）を行うために、信号sは（ω，u ）軸のままとする。
【００２７】
次にクロスレンジの参照信号fs0を生成する。  
【数２】
2015129693.tif 000004
【００２８】
前述の信号sとクロスレンジ圧縮用のfs0を乗算して、信号csを得る。  
【数３】
2015129693.tif 000005
【００２９】
これを用いて、ｕ軸でＦＦＴして信号fcs（ω、ku）を得る。  
【数４】
2015129693.tif 000006
【００３０】
ＦＦＴ画像出力は、信号fcsのω軸に関する逆ＦＦＴにより算出できる。  
【数５】
2015129693.tif 000007
【００３１】
このＦＦＴ画像のオフセット補正について、図５及び図６を参照して説明する。図５において、（ａ）はＦＦＴ補正前、（ｂ）はＦＦＴ補正後の表示内容を示している。図６は、ＦＦＴ画像を生成する処理フロー示している。
【００３２】
ＦＦＴ画像では、Ｘ軸がパルス圧縮によるレンジ（目標までの往復時間ｔに比例、ｔ軸）、Ｙ軸がＦＦＴによるクロスレンジ（ドップラー成分に比例、ku軸）に対応する。固定目標の画像中心を（Xc，Yc）とすると、固定目標の画像化範囲は（Xc±X0，Yc±Y0）である。
【００３３】
一方、移動目標は、速度によるクロスレンジ軸の成分が発生するため、固定目標の範囲からはずれた位置にある。この移動目標の位置を抽出するため、振幅の大きい極値から順に抽出する。この極値を(t，ku)軸で（Xoff0，Yoff0）とする。
【００３４】
具体的には、図６に示すように、サンプリング時間ｔ、合成開口軸のサンプルポイントｕのデータを取得してsig(t,u)を求め（ステップＳ２１）、ｔ軸に対するフーリエ変換FFTxを求めてSin(ω,u)を算出する（ステップＳ２２）。次に、レンジ圧縮して参照信号を求め、入力信号のＦＦＴ結果と参照信号のＦＦＴ結果を乗算する（ステップＳ２３）。
【００３５】
続いて、オフセット補正及びＡｚ圧縮処理を行って、再度、レンジ圧縮によりパルス圧縮後の信号ｓとクロスレンジ圧縮用の参照信号fs0 とを乗算することで、信号csを取得する（ステップＳ２４）。この信号csについてフーリエ変換FFTy（ω,u）を行って周波数軸上の信号fcsを求め（ステップＳ２５）、さらにω軸の逆フーリエ変換IFFTx(t，ku)を行うことでＦＦＴ画像出力fpを得る（ステップＳ２６）。
【００３６】
次にポーラフォーマット変換によるＳＡＲ画像処理手法について、図７に示す処理フローを参照して説明する（引用文献５参照）。パルス圧縮後の信号ｓを得る処理（ステップＳ３１〜Ｓ３３）までは、図６に示した処理（Ｓ２１〜Ｓ２３）と同様である。ここでは、信号ｓを用いて、ｕ軸に関してフーリエ変換し、fs(ω,ku)を求める（ステップＳ３４）。
【数６】
2015129693.tif 000008
【００３７】
次に、前述のＦＦＴ画像により抽出された移動目標の極値の座標（Xoff0，Yoff0）をもとに線形変換した値（Xcal，Ycal）を用いて、固定目標の画像中心をずらして移動目標の画像を中心に画像生成するためにオフセット補正を行う（ステップＳ３５）。  
【数７】
2015129693.tif 000009
【００３８】
また、kx，kyは次式により求めることができる。
【数８】
2015129693.tif 000010
【００３９】
ここで、線形変換の係数Ax，Ay，Bx，Byは、予め基準となる（Xoff0，Yoff0）を複数決めておき、その基準から所定の（X，Y）の範囲内（グループ）の場合に、オフセット補正した(Xcal，Ycal)を用いてＦＦＴ画像を生成した場合に、移動目標の画像が図５のポーラフォーマット変換領域の中心付近になるように決めてテーブル化しておく。実データでＦＦＴした画像の（Xoff0，Yoff0）を抽出した場合に、予め決めたグループに対応するテーブルの係数を抽出すればよい。
【００４０】
このクロスレンジ参照信号を用いて、次式によりfsmを算出する。
【数９】
2015129693.tif 000011
【００４１】
続いて、fsmを用いて、図８に示すポーラフォーマット変換を行い、kx−ky軸上の格子点のデータF（kx，ky）を生成する（ステップＳ３６）。ポーラフォーマット変換は、取得データを用いて、（kx，ky）軸の格子点のデータを、内挿手法等を用いて算出する手法であり、細部については引用文献５の通りであり割愛する。このfsmを用いて、２次元逆ＦＦＴにより画像を出力する（ステップＳ３７）。  
【数１０】
2015129693.tif 000012
【００４２】
以上により、移動目標に関する高精度なＳＡＲ画像が得られる。このＳＡＲ画像を用いて移動目標の位置を抽出する。これには次に述べる極値抽出を行う。
【００４３】
Ｎ通りのＳＡＲ画像は、振幅強度の配列であり、Ｉ(n)（x,y）と表現する。ここで、ｘはレンジ、ｙはクロスレンジである。また、参照信号毎に形成した画像の様子を図９に示す。オフセット補正された参照信号毎に、対応する移動目標の振幅が大きくなる。
【００４４】
次に、Ｉ(n)（x,y）より、極大値を抽出する。この方式としては、例えば、次の手順とする。  
(1) I(n)（x,y）画像の強度をIamp(n)(x,y）として、Iamp(n)の最大値を算出し最大値となるx,yを抽出する。  
(2) このx,yの周囲の所定の範囲の強度をゼロとする。  
以降、極大値が所定の振幅以下になるまで(1)、(2) を繰り返して、極大値となるIamp(n)（x,y）を抽出する。本処理により、Ｎ通りのオフセット信号に対する極大値による移動目標の位置P0（X,Y）が得られる。
【００４５】
（第２の実施形態）
図１０乃至図１３を参照して、第２の実施形態に係る航空機搭載の合成開口レーダ装置を説明する。
【００４６】
第１の実施形態は、移動目標の画像を生成し検出するものであるが、本実施形態ではさらに移動目標の画像ずれを補正することを考える。このためには移動目標の速度を算出する必要がある。
【００４７】
図１０はその系統構成を示すブロック図、図１１は図１０に示す信号処理部の処理の流れを示すフローチャートである。尚、図１０及び図１１において、図１及び図２と同一部分には同一符号を付して示し、ここでは異なる部分について説明する。
【００４８】
本実施形態において、第１の実施形態と異なる点は、信号処理部３において、目標判定部３９、移動目標出力部４０に代わり、速度算出部４１及び画像補正部４２を追加した点にある。速度算出部４１は、第２の極大値抽出部３８の抽出結果について、前サイクルの極大値の位置を入力し（図１１のステップＳ４１）、今回の極大値の位置との差分を速度換算して移動目標の速度を算出する（図１１のステップＳ４２）。画像補正部４２は、速度算出部４１で得られた速度に基づいて移動目標の位置を補正し（図１１のステップＳ４３）、その補正結果を図１１に示したステップＳ１６の移動目標の位置として保存する。
【００４９】
上記移動目標の速度算出については、図１２に示すように、サイクル毎（１〜Ｎ）について同様の処理を行い、画像化範囲におけるサイクル毎の移動目標の位置座標（X,Y）を得て、サイクル間の時間差を用いて算出する。この様子を図１３に示す。図１３（ａ）は、サイクル１〜Ｎについてオフセット補正されたＳＡＲ画像毎の移動目標の位置を示し、同図（ｂ）は、各サイクル１〜ＮのＳＡＲ画像から移動目標の座標位置を取得し、時間差と極値の座標位置の差分により、移動目標の速度を算出する様子を示している。以下に算出式を示す。
【数１１】
2015129693.tif 000013
【００５０】
上式から求めた速度を用いて、画像シフトした移動目標の位置座標を補正する。このために、基準速度Vrefを定義する。Vrefは、基準速度Vref0を中心に、ΔVref毎に区切った速度とする。
【数１２】
2015129693.tif 000014
【００５１】
なお、基準速度は、等間隔に区切らなくてもよい。
【００５２】
（１３）式により算出した速度Vx, Vyを用いて、ラジアル速度Vrを次式により算出する（図１４参照）。  
【数１３】
2015129693.tif 000015
【００５３】
このラジアル速度と（１４）式の基準速度を比較し、Vr(n)に最も近い基準速度Vref(m)を選定する。この基準速度を用いて、次式により移動目標の位置を補正する。
【数１４】
2015129693.tif 000016
【００５４】
各数値の係数の算出方法は次の手順による。  
（手順１）  
基準位置（Prefx(m),Prefy(m)）、基準速度（Vref(m)）の移動目標を発生させ、（１２）式の出力の移動目標の位置を真の位置に補正するように（Pbiasx(m),Pbiasy(m))を決める。また、このときの（９）式で算出できる(Xcal(n),Ycal(n))を（Xref(m),Yref(m)）とし、また（１５）式で算出できるVr(n)をVref(n)として保存する。また、（１２）式の出力の位置(Px(n),Py(n))を（Prefx(m),Prefy(m)）として保存する。
【００５５】
（手順２）  
移動目標のラジアル速度をΔVずらせた場合に、スクイント角θｓの場合に（Vx,Vy）＝（ΔV・sinθc、ΔV・cosθc）として、（１２）式の出力の移動目標の位置を真の位置に補正するように、（Vcalx(m),Vcaly(m)）,(Voffx(m),Voffy(m))を決める。
【００５６】
（手順３）  
移動目標の位置を（ΔPx,ΔPy）ずらせた場合に、（１２）式の出力位置を真の位置に補正するように、(Pcalx(m),Pcaly(m))を決める。
【００５７】
以上により、  
基準速度Vref(m)毎の係数（Vref(m),Xref(m),Prefx(m),Yref(m),Prefy(m),）、  
補正係数(Vcalx(m),Voffx(m),Pcalx(m),Vcaly(m),Voffy(m),Pcaly(m))  
を決め、（１６）式を用いれば、補正後の移動目標の位置を算出することができる。
【００５８】
本実施形態の処理は、移動目標の場合は、ドップラー成分によってずれた位置に画像が生成されることを利用して、移動目標の画像を抽出して、サイクル間の位置ずれから速度を算出し、移動目標の位置を補正する手法である。ＦＦＴ画像の移動目標の位置から速度を算出することもできるが、ポーラフォーマット変換を用いる場合のようにデータ補間を行っていないため、レンジマイグレーションの影響を受けてしまい、画像の精度が低く、高精度に速度を算出することができない。
【００５９】
この対策として、本実施形態では、ＦＦＴ画像で抽出した移動目標のオフセット量による補正後の値を用いて、ポーラフォーマット変換とＦＦＴを用いて、高精度に画像生成しているので、算出速度の精度を向上し、高精度に位置補正が可能である。
【００６０】
（第３の実施形態）
以上の実施形態によれば、画像シフトを補正した移動目標の位置を出力することができる。そこで、本実施形態では、画像表示する方式について述べる。
【００６１】
図１５はその系統構成を示すブロック図、図１６は図１５に示す信号処理部の処理の流れを示すフローチャートである。尚、図１５及び図１６において、図１０及び図１１と同一部分には同一符号を付して示し、ここでは異なる部分について説明する。
【００６２】
本実施形態において、第２の実施形態と異なる点は、信号処理部３において、速度算出部４３として、図１０に示した第２の実施形態の速度算出部４１に移動目標画像の抽出機能（図１６のステップＳ４４）を追加した点にある。本実施形態では、オフセット補正した画像の中で移動目標を示す画像の位置がわかるため、その位置を中心に所定の範囲の画像を抽出し、算出した補正位置に表示する。
【００６３】
図１７に、抽出した移動目標の画像を表示する場合の例を示す。図１７（ａ）はオフセット補正前に抽出された移動目標画像及び固定目標画像の表示例、図１７（ｂ）はオフセット補正前の画像から補正後の位置を算出した場合の移動目標補正位置を示すシンボルと固定目標画像の表示例、図１７（ｃ）は補正後の移動目標画像と固定目標画像の表示例を示している。
【００６４】
尚、図１７では固定目標を同時に表示する場合を示したが、移動目標のシンボルのみでもよい。図１８にその表示例を示す。図１８（ａ）は移動目標をシンボルで表示する場合、図１８（ｂ）は移動目標を画像及びシンボルで表示する場合を示している。
【００６５】
（第４の実施形態）
第３の実施形態では、移動目標に着目して移動目標の画像またはシンボルを表示する手法について示した。本実施形態では、さらに固定目標を表示する手法について述べる。図１９はその系統構成を示すブロック図、図２０は図１９に示す信号処理部の処理の流れを示すフローチャートである。尚、図１９及び図２０において、図１５及び図１６と同一部分には同一符号を付して示し、ここでは異なる部分について説明する。
【００６６】
本実施形態では、信号処理部３において、速度算出部４３における移動目標画像の抽出（図２０のステップＳ４１〜Ｓ４４）及び移動目標の保存処理（図２０のステップＳ１６）と並行して、レンジ圧縮部３２のレンジ圧縮結果についてＡｚ圧縮を行い（図２０のステップＳ５１）、ポーラフォーマット変換により画像化して（図２０のステップＳ５２）、固定目標として保存する（図２０のステップＳ５３）。そして、固定・移動目標処理部４４において、固定目標と移動目標の統合処理を行い（図２０のステップＳ５４）、固定・移動目標出力部４５において、固定目標（画像）と移動目標（シンボルまたは画像）を共に表示する画像を出力する（ステップＳ５５）。
【００６７】
すなわち、固定目標は、オフセット補正しない場合のレンジ圧縮及びＡｚ圧縮により画像生成する。その画像とオフセット補正した移動目標の画像を重畳表示すれば、固定目標及び移動目標を正しい位置関係で表示することができる。
【００６８】
図２１にその表示例を示す。図２１（ａ）は固定目標を画像で表示し、移動目標をシンボルで表示する場合を示している。また、図２１（ｂ）は固定目標を画像で表示し、移動目標を画像及びシンボルで合わせて表示する場合を示している。
【００６９】
なお、合成開口処理方式については、ポーラフォーマット変換画像再構成処理（引用文献５）について説明したが、他の合成開口処理方式でよいのは言うまでもない。
【００７０】
また、スポットライトＳＡＲの場合について述べたが、側方監視のストリップマップＳＡＲ（サイドルッキングマッピングに同じ、非特許３）の場合でも本実施形態を適用できるのは言うまでもない。
【００７１】
以上のように、本実施形態は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００７２】
１…アンテナ、２…送受信器、２１…送受信部、２２…ビーム制御部、３…信号処理器、３１…ＡＤ（Analog-Digital）変換部、３２…レンジ圧縮部、３３…Ａｚ圧縮部、３４…第１の極大値抽出部、３５…オフセット量設定部、３６…オフセット補正Ａｚ圧縮部、３７…画像化部、３８…第２の極大値抽出部、３９…目標判定部、４０…移動目標出力部、４１…速度算出部、４２…画像補正部、４３…速度算出部、４４…固定・移動目標処理部、４５…固定・移動目標出力部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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