(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波信号を空間に向けて放射する一方、上記空間に存在している目標に反射された上記高周波信号の一部を受信し、その受信信号のレンジ方向の分解能をレンジ圧縮して、上記受信信号のレンジ方向の振幅特性であるレンジプロフィールを取得する一連の処理をレーダと目標間の相対位置を変えながら繰り返すことで、上記レンジプロフィールの時間履歴であるレンジヒストリを取得するレンジヒストリ取得回路と、上記レンジヒストリ取得回路により取得されたレンジヒストリで、不要な並進運動によって発生するレーダと目標間の不要な距離変化を補償する並進運動補償回路と、上記並進運動補償回路により距離変化が補償されたレンジヒストリで、上記目標における高周波信号の各反射点で、回転運動によって発生するレンジ方向のぼけを補償する回転レンジセル移動補償回路と、上記回転レンジセル移動補償回路によりレンジ方向のぼけが補償されたレンジヒストリの中で、各レンジのヒット方向のデータ列の位相項を特定し、上記位相項に含まれている２次の位相変化の係数である２次位相係数の候補となる複数の候補値の確からしさをレンジセル毎に評価し、各候補値の評価結果のレンジ方向の分布を出力する２次位相係数候補評価回路と、上記２次位相係数候補評価回路から出力されたレンジ方向の分布である２次位相係数評価値分布に基づいて、上記２次位相係数のレンジに対する変化係数である２次位相係数レンジ変化係数を推定する２次位相係数変化量推定回路と、上記２次位相係数変化量推定回路により推定された２次位相係数レンジ変化係数に基づいて、上記目標の等価的な回転運動の角速度を推定する回転角速度換算回路と、上記２次位相係数変化量推定回路により推定された２次位相係数レンジ変化係数と上記２次位相係数評価値分布から２次位相係数が０になっているレンジを推定するゼロ交差レンジ推定回路と、上記ゼロ交差レンジ推定回路により推定されたレンジが０になるように、上記並進運動補償回路により距離変化が補償されたレンジヒストリを補償する０次レンジ補償回路と、上記回転角速度換算回路により推定された角速度に基づいて、上記０次レンジ補償回路による補償後のレンジヒストリからレーダ画像を生成するレーダ画像生成回路とを備えた画像レーダ装置。
【請求項２】
並進運動補償回路は、レンジヒストリ取得回路により取得されたレンジヒストリで、レンジ分解能を超えている各反射点のレンジ移動と、位相の時間に対する２次以上の変化とを推定して、上記レンジ移動と上記２次以上の変化を補償する一般並進運動補償回路と、上記一般並進運動補償回路による補償後のレンジヒストリにおける位相の１次変化を補償する１次位相変化補償器とから構成されていることを特徴とする請求項１記載の画像レーダ装置。
【請求項３】
一般並進運動補償回路は、レンジ移動と２次以上の変化を補償するとともに、各反射点のレンジ移動のヒットに対する１次変化を推定し、
１次位相変化補償器は、上記レンジ移動のヒットに対する１次変化を１次の位相変化に換算し、上記位相変化を打ち消すように、上記一般並進運動補償回路による補償後のレンジヒストリにおける各レンジの位相の１次変化を補償する
ことを特徴とする請求項２記載の画像レーダ装置。
【請求項４】
２次位相係数候補評価回路は、レンジセル毎に、当該レンジの信号の位相に加わっている２次の位相変化を示す２次位相係数の候補となる複数の候補値の確からしさを評価して、複数の候補値の確からしさが数値化されている２次位相係数評価値分布を算出する２次位相係数候補評価指標算出回路から構成されていることを特徴とする請求項１記載の画像レーダ装置。
【請求項５】
２次位相係数候補評価回路は、回転レンジセル移動補償回路によりレンジ方向のぼけが補償されたレンジヒストリをレンジ方向に補間し、補間後のレンジヒストリを２次位相係数候補評価指標算出回路に出力するレンジ補間器を備えていることを特徴とする請求項４記載の画像レーダ装置。
【請求項６】
２次位相係数候補評価指標算出回路は、レンジヒストリのヒットの前半分の配列の複素共役である配列と、上記レンジヒストリのヒットの後半分の配列とを乗算して得られる配列をヒット方向にフーリエ変換して得られる配列を２次位相係数評価値分布として算出することを特徴とする請求項４または請求項５記載の画像レーダ装置。
【請求項７】
２次位相係数変化量推定回路は、２次位相係数候補評価回路から出力された２次位相係数評価値分布が示す２次元画像の振幅分布を２次元フーリエ変換してスペクトル画像を求め、そのスペクトル画像から上記２次元画像上の直線の傾きを推定する軌跡傾き特定回路と、上記軌跡傾き特定回路により推定された直線の傾きから２次位相係数レンジ変化係数を算出する２次位相係数変化量算出回路とから構成されていることを特徴とする請求項１記載の画像レーダ装置。
【請求項８】
軌跡傾き特定回路は、２次位相係数候補評価回路から出力された２次位相係数評価値分布が示す２次元画像の振幅分布の重み付けを実施して、重み付け後の振幅分布を２次元フーリエ変換してスペクトル画像を求めるとともに、上記スペクトル画像上で直流成分に相当する原点を通り、傾きが異なる複数の直線状の積分経路を設定し、上記積分経路に沿って重み付けスペクトル画像の振幅分布を線積分した結果を、各積分経路の傾きに対する信頼度として出力する軌跡傾き信頼度分布算出回路と、上記軌跡傾き信頼度分布算出回路から出力された各積分経路の傾きに対する信頼度の中で、信頼度が最大の積分経路の傾きを検出する信頼度分布最大位置特定器と、上記信頼度分布最大位置特定器により検出された信頼度が最大の積分経路の傾きを上記２次位相係数評価値分布が示す２次元画像上の軌跡の傾きに換算する軌跡傾き換算器とから構成されていることを特徴とする請求項７記載の画像レーダ装置。
【請求項９】
ゼロ交差レンジ推定回路は、軌跡傾き特定回路により推定された直線の傾きがａであり、事前に設定された画像の一軸に添った座標が０となる位置を通る際の他の一軸上の座標がｙ＝ａ（ｘ＋ｘ０）で表される場合のｘ０であるとき、２次位相係数候補評価回路から出力された２次位相係数評価値分布が示す２次元画像上で、傾きがａでｘ０の候補が様々に異なる複数の積分経路を設定し、各積分経路に沿った線積分を実施して、その線積分の値が最大となるｘ０の候補が、２次位相係数が０になっているレンジであると推定することを特徴とする請求項７または請求項８記載の画像レーダ装置。
【請求項１０】
回転レンジセル移動補償回路は、並進運動補償回路により距離変化が補償されたレンジヒストリをヒット方向にフーリエ変換してレンジドップラー画像を生成し、上記レンジドップラー画像のドップラーセル毎に、当該ドップラーセルを中心とするドップラー幅分を抽出し、上記ドップラー幅分をドップラーセル方向の逆フーリエ変換を実施してレンジヒストリに戻し、上記レンジヒストリ上で、当該ドップラーセルのドップラーセル番号で定まる１次のレンジ移動を打ち消す補償を実施してから、再度、上記レンジヒストリをヒット方向にフーリエ変換してレーダ画像に戻し、上記レーダ画像における当該ドップラーセルの画像を補償後画像格納用配列に格納することを特徴とする請求項１記載の画像レーダ装置。
【請求項１１】
回転角速度換算回路は、２次位相係数変化量推定回路により推定された２次位相係数レンジ変化係数を回転角速度の大きさに換算し、その換算結果を目標の等価的な回転運動の角速度として出力することを特徴とする請求項１記載の画像レーダ装置。
【請求項１２】
２次位相係数候補評価指標算出回路は、回転レンジセル移動補償回路によりレンジ方向のぼけが補償されたレンジヒストリのヒットの前半分の配列で生成される画像と、上記ヒットの後半分の配列で生成される画像間の相互相関値を２次位相係数評価値分布として算出することを特徴とする請求項４または請求項５記載の画像レーダ装置。
【請求項１３】
ゼロ交差レンジ推定回路は、軌跡傾き特定回路により推定された直線の傾きがａであり、事前に設定された画像の一軸に添った座標が０となる位置を通る際の他の一軸上の座標がｙ＝ａ（ｘ＋ｘ０）で表される場合のｘ０であるとき、上記直線の傾きａに基づいて、２次位相係数候補評価回路から出力された２次位相係数評価値分布が示す２次元画像上の軌跡の傾きが０になるように補正し、補正後の２次元画像を上記他の一軸に総和して、各々のｙの総和値から２次位相係数が０になっているレンジを推定することを特徴とする請求項７または請求項８記載の画像レーダ装置。
【請求項１４】
高周波信号を空間に向けて放射する一方、上記空間に存在している目標に反射された上記高周波信号の一部を受信し、その受信信号のレンジ方向の分解能をレンジ圧縮して、上記受信信号のレンジ方向の振幅特性であるレンジプロフィールを取得する一連の処理をレーダと目標間の相対位置を変えながら繰り返すことで、上記レンジプロフィールの時間履歴であるレンジヒストリを取得するレンジヒストリ取得回路と、上記レンジヒストリ取得回路により取得されたレンジヒストリで、不要な並進運動によって発生するレーダと目標間の不要な距離変化を補償する並進運動補償回路と、上記並進運動補償回路により距離変化が補償されたレンジヒストリで、上記目標における高周波信号の各反射点で、回転運動によって発生するレンジ方向のぼけを補償する回転レンジセル移動補償回路と、上記回転レンジセル移動補償回路によりレンジ方向のぼけが補償されたレンジヒストリの中で、各レンジのヒット方向のデータ列の位相項を特定し、上記位相項に含まれている２次の位相変化の係数である２次位相係数の候補となる複数の候補値の確からしさをレンジセル毎に評価し、各候補値の評価結果のレンジ方向の分布を出力する２次位相係数候補評価回路と、上記２次位相係数候補評価回路から出力されたレンジ方向の分布である２次位相係数評価値分布に基づいて、上記２次位相係数のレンジに対する変化係数である２次位相係数レンジ変化係数を推定する２次位相係数変化量推定回路と、上記２次位相係数変化量推定回路により推定された２次位相係数レンジ変化係数に基づいて、上記目標の等価的な回転運動の角速度を推定する回転角速度換算回路と、上記２次位相係数候補評価回路から出力された２次位相係数評価値分布に基づいて各レンジの２次位相係数を推定し、各レンジの２次位相係数の中で、２次位相係数が最も０に近くなっているレンジを出力するゼロ交差レンジ推定回路と、上記ゼロ交差レンジ推定回路から出力されたレンジが０になるように、上記並進運動補償回路により距離変化が補償されたレンジヒストリを補償する０次レンジ補償回路と、上記回転角速度換算回路により推定された角速度に基づいて、上記０次レンジ補償回路による補償後のレンジヒストリからレーダ画像を生成するレーダ画像生成回路とを備えた画像レーダ装置。
【請求項１５】
高周波信号を空間に向けて放射する一方、上記空間に存在している目標に反射された上記高周波信号の一部を受信し、その受信信号のレンジ方向の分解能をレンジ圧縮して、上記受信信号のレンジ方向の振幅特性であるレンジプロフィールを取得する一連の処理をレーダと目標間の相対位置を変えながら繰り返すことで、上記レンジプロフィールの時間履歴であるレンジヒストリを取得するレンジヒストリ取得回路と、上記レンジヒストリ取得回路により取得されたレンジヒストリで、不要な並進運動によって発生するレーダと目標間の不要な距離変化を補償する並進運動補償回路と、上記並進運動補償回路により距離変化が補償されたレンジヒストリで、上記目標における高周波信号の各反射点で、回転運動によって発生するレンジ方向のぼけを補償する回転レンジセル移動補償回路と、上記回転レンジセル移動補償回路によりレンジ方向のぼけが補償されたレンジヒストリの中で、各レンジのヒット方向のデータ列の位相項を特定し、上記位相項に含まれている２次の位相変化の係数である２次位相係数の候補となる複数の候補値の確からしさをレンジセル毎に評価し、各候補値の評価結果のレンジ方向の分布を出力する２次位相係数候補評価回路と、上記２次位相係数候補評価回路から出力されたレンジ方向の分布である２次位相係数評価値分布に基づいて、上記２次位相係数のレンジに対する変化係数である２次位相係数レンジ変化係数を推定する２次位相係数変化量推定回路と、上記２次位相係数変化量推定回路により推定された２次位相係数レンジ変化係数に基づいて、上記目標の等価的な回転運動の角速度を推定する回転角速度換算回路と、上記並進運動補償回路により距離変化が補償されたレンジヒストリを参照して、回転運動により発生するレンジ移動が最小のレンジを推定するゼロ交差レンジ推定回路と、上記ゼロ交差レンジ推定回路により推定されたレンジが０になるように、上記並進運動補償回路により距離変化が補償されたレンジヒストリを補償する０次レンジ補償回路と、上記回転角速度換算回路により推定された角速度に基づいて、上記０次レンジ補償回路による補償後のレンジヒストリからレーダ画像を生成するレーダ画像生成回路とを備えた画像レーダ装置。
【請求項１６】
高周波信号を空間に向けて放射する一方、上記空間に存在している目標に反射された上記高周波信号の一部を受信し、その受信信号のレンジ方向の分解能をレンジ圧縮して、上記受信信号のレンジ方向の振幅特性であるレンジプロフィールを取得する一連の処理をレーダと目標間の相対位置を変えながら繰り返すことで、上記レンジプロフィールの時間履歴であるレンジヒストリを取得するレンジヒストリ取得回路と、上記レンジヒストリ取得回路により取得されたレンジヒストリで、不要な並進運動によって発生するレーダと目標間の不要な距離変化を補償する並進運動補償回路と、上記並進運動補償回路により距離変化が補償されたレンジヒストリで、上記目標における高周波信号の各反射点で、回転運動によって発生するレンジ方向のぼけを補償する回転レンジセル移動補償回路と、上記回転レンジセル移動補償回路によりレンジ方向のぼけが補償されたレンジヒストリの中で、各レンジのヒット方向のデータ列の位相項を特定し、上記位相項に含まれている２次の位相変化の係数である２次位相係数の候補となる複数の候補値の確からしさをレンジセル毎に評価し、各候補値の評価結果のレンジ方向の分布を出力する２次位相係数候補評価回路と、上記２次位相係数候補評価回路から出力されたレンジ方向の分布である２次位相係数評価値分布が示す２次元画像上の軌跡の傾きと切片を特定し、上記軌跡の傾きと切片から上記２次位相係数のレンジに対する変化係数である２次位相係数レンジ変化係数を推定するとともに、上記２次位相係数が０になっているレンジを推定する２次位相係数推定回路と、上記２次位相係数推定回路により推定された２次位相係数レンジ変化係数に基づいて、上記目標の等価的な回転運動の角速度を推定する回転角速度換算回路と、上記２次位相係数推定回路により推定されたレンジが０になるように、上記並進運動補償回路により距離変化が補償されたレンジヒストリを補償する０次レンジ補償回路と、上記回転角速度換算回路により推定された角速度に基づいて、上記０次レンジ補償回路による補償後のレンジヒストリからレーダ画像を生成するレーダ画像生成回路とを備えた画像レーダ装置。
【請求項１７】
高周波信号を空間に向けて放射する一方、上記空間に存在している目標に反射された上記高周波信号の一部を受信し、その受信信号のレンジ方向の分解能をレンジ圧縮して、上記受信信号のレンジ方向の振幅特性であるレンジプロフィールを取得する一連の処理をレーダと目標間の相対位置を変えながら繰り返すことで、上記レンジプロフィールの時間履歴であるレンジヒストリを取得するレンジヒストリ取得回路と、上記レンジヒストリ取得回路により取得されたレンジヒストリで、不要な並進運動によって発生するレーダと目標間の不要な距離変化を補償する並進運動補償回路と、上記並進運動補償回路により距離変化が補償されたレンジヒストリで、上記目標における高周波信号の各反射点で、回転運動によって発生するレンジ方向のぼけを補償する回転レンジセル移動補償回路と、上記回転レンジセル移動補償回路によりレンジ方向のぼけが補償されたレンジヒストリの中で、各レンジのヒット方向のデータ列の位相項を特定し、上記位相項に含まれている２次の位相変化の係数である２次位相係数の候補となる複数の候補値の確からしさをレンジセル毎に評価し、各候補値の評価結果のレンジ方向の分布を出力する２次位相係数候補評価回路と、上記２次位相係数候補評価回路から出力されたレンジ方向の分布である２次位相係数評価値分布に基づいて、上記２次位相係数のレンジに対する変化係数である２次位相係数レンジ変化係数を推定する２次位相係数変化量推定回路と、上記２次位相係数変化量推定回路により推定された２次位相係数レンジ変化係数に基づいて、上記目標の等価的な回転運動の角速度を推定する回転角速度換算回路と、上記２次位相係数候補評価回路から出力された２次位相係数評価値分布が示す２次元画像上の軌跡の傾きを特定し、上記軌跡の傾きから上記軌跡のゼロ交差レンジを推定するゼロ交差レンジ推定回路と、上記２次位相係数変化量推定回路により推定された２次位相係数レンジ変化係数と上記ゼロ交差レンジ推定回路により推定されたゼロ交差レンジから、各レンジの２次位相変化を打ち消す補償量を算出し、上記補償量にしたがって上記回転レンジセル移動補償回路による補償後のレンジヒストリにおける各レンジの２次位相変化を補償する２次位相補償回路と、上記２次位相補償回路による補償後のレンジヒストリをヒット方向にフーリエ変換してレンジドップラー画像を生成するレーダ画像生成回路と、上記回転角速度換算回路により推定された回転運動の角速度に基づいて、上記レーダ画像生成回路により生成されたレンジドップラー画像上のドップラー周波数軸を物理的な長さであるクロスレンジ軸に換算するクロスレンジスケーリングを実施するクロスレンジスケーリング回路とを備えた画像レーダ装置。
【請求項１８】
ゼロ交差レンジ推定回路は、２次元画像上の軌跡の傾きがａであり、事前に設定された画像の一軸に添った座標が０となる位置を通る際の他の一軸上の座標がｙ＝ａ（ｘ＋ｘ０）で表される場合のｘ０であるとき、２次位相係数候補評価回路から出力された２次位相係数評価値分布が示す２次元画像上で、傾きがａでｘ０の候補が様々に異なる複数の積分経路を設定し、各積分経路に沿った線積分を実施して、その線積分の値が最大となるｘ０の候補が、上記軌跡のゼロ交差レンジであると推定することを特徴とする請求項１７記載の画像レーダ装置。
【請求項１９】
ゼロ交差レンジ推定回路は、２次元画像上の軌跡を表す直線の傾きがａであり、事前に設定された画像の一軸に添った座標が０となる位置を通る際の他の一軸上の座標がｙ＝ａ（ｘ＋ｘ０）で表される場合のｘ０であるとき、上記直線の傾きａに基づいて、２次位相係数候補評価回路から出力された２次位相係数評価値分布が示す２次元画像上の軌跡の傾きが０になるように補正し、補正後の２次元画像を上記他の一軸に総和して、各々のｙの総和値から２次位相係数が０になっているレンジを、上記軌跡のゼロ交差レンジとして推定することを特徴とする請求項１７記載の画像レーダ装置。
【請求項２０】
ゼロ交差レンジ推定回路は、２次位相係数候補評価回路から出力された２次位相係数評価値分布が示す２次元画像上の軌跡の傾きを特定せずに、上記２次位相係数評価値分布に基づいて各レンジの２次位相係数を推定し、各レンジの２次位相係数の中で、２次位相係数が最も０に近くなっているレンジを、上記軌跡のゼロ交差レンジとして推定することを特徴とする請求項１７記載の画像レーダ装置。
【請求項２１】
ゼロ交差レンジ推定回路は、２次位相係数候補評価回路から出力された２次位相係数評価値分布が示す２次元画像上の軌跡の傾きを特定せずに、並進運動補償回路により距離変化が補償されたレンジヒストリを参照して、回転運動により発生するレンジ移動が最小のレンジを上記軌跡のゼロ交差レンジとして推定することを特徴とする請求項１７記載の画像レーダ装置。
【請求項２２】
高周波信号を空間に向けて放射する一方、上記空間に存在している目標に反射された上記高周波信号の一部を受信し、その受信信号のレンジ方向の分解能をレンジ圧縮して、上記受信信号のレンジ方向の振幅特性であるレンジプロフィールを取得する一連の処理をレーダと目標間の相対位置を変えながら繰り返すことで、上記レンジプロフィールの時間履歴であるレンジヒストリを取得するレンジヒストリ取得回路と、上記レンジヒストリ取得回路により取得されたレンジヒストリで、不要な並進運動によって発生するレーダと目標間の不要な距離変化を補償する並進運動補償回路と、上記並進運動補償回路により距離変化が補償されたレンジヒストリで、上記目標における高周波信号の各反射点で、回転運動によって発生するレンジ方向のぼけを補償する回転レンジセル移動補償回路と、上記回転レンジセル移動補償回路によりレンジ方向のぼけが補償されたレンジヒストリの中で、各レンジのヒット方向のデータ列の位相項を特定し、上記位相項に含まれている２次の位相変化の係数である２次位相係数の候補となる複数の候補値の確からしさをレンジセル毎に評価し、各候補値の評価結果のレンジ方向の分布を出力する２次位相係数候補評価回路と、上記２次位相係数候補評価回路から出力されたレンジ方向の分布である２次位相係数評価値分布が示す２次元画像上の軌跡の傾きと切片を特定し、上記軌跡の傾きと切片から上記２次位相係数のレンジに対する変化係数である２次位相係数レンジ変化係数を推定するとともに、上記２次位相係数が０になっているレンジを推定する２次位相係数推定回路と、上記２次位相係数推定回路により推定された２次位相係数レンジ変化係数に基づいて、上記目標の等価的な回転運動の角速度を推定する回転角速度換算回路と、上記２次位相係数推定回路により推定された２次位相係数レンジ変化係数と上記２次位相係数推定回路により推定された２次位相係数が０になっているレンジから、各レンジの２次位相変化を打ち消す補償量を算出し、上記補償量にしたがって上記回転レンジセル移動補償回路による補償後のレンジヒストリにおける各レンジの２次位相変化を補償する２次位相補償回路と、上記２次位相補償回路による補償後のレンジヒストリをヒット方向にフーリエ変換してレンジドップラー画像を生成するレーダ画像生成回路と、上記回転角速度換算回路により推定された回転運動の角速度に基づいて、上記レーダ画像生成回路により生成されたレンジドップラー画像上のドップラー周波数軸を物理的な長さであるクロスレンジ軸に換算するクロスレンジスケーリングを実施するクロスレンジスケーリング回路とを備えた画像レーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、レーダで観測対象である目標の電波画像を取得する画像レーダ装置に関し、特に目標と画像レーダ装置の間の相対運動が未知である場合や相対運動の推定結果に誤差が含まれる場合において、距離の時間変化の影響で発生する画像のぼけを補償する技術や、画像の軸を物理的な長さの軸に換算する際のスケーリング係数を推定して、生成画像の軸を物理的な長さの軸にスケーリングする技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の画像レーダ装置では、下記の（１）〜（３）の処理をレーダと目標間の相対位置を変えながら繰り返し実施する。
（１）送信機が高周波信号を発生し、その高周波信号を送受切換器を介して送受信アンテナに出力することにより、その送受信アンテナから高周波信号を空間に向けて放射させる高周波信号送信処理
（２）空間に存在している目標に反射された高周波信号の一部を受信する高周波信号受信処理
（３）受信信号のレンジ方向の分解能をレンジ圧縮して、その受信信号のレンジ方向の振幅特性であるレンジプロフィールを取得するレンジプロフィール取得処理
【０００３】
画像レーダ装置は、上記の一連の処理をレーダと目標間の相対位置を変えながら繰り返すことで、そのレンジプロフィールの時間履歴であるレンジヒストリを取得すると、そのレンジヒストリからレーダ画像を生成する。
ここで、レンジヒストリは、一般的に２次元分布として与えられ、その２次元分布の一軸は、レンジプロフィールと同じであり、高周波信号の照射を開始してからの経過時間［ｓ］(以下、「ファストタイム」と称する)、または、その経過時間に電波の速度の１／２を乗じたレンジ［ｍ］で与えられる。
その２次元分布の他方の一軸は、相対位置関係を変えながら行う観測の時刻（以下、「スロータイム」または「観測時刻」と称する）、または、観測番号を表すヒットで与えられる。
【０００４】
レーダ画像を得る代表的なレーダとして、合成開口レーダ（Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ  Ａｐｅｒｔｕｒｅ  Ｒａｄａｒ：ＳＡＲ）と、逆合成開口レーダ（Ｉｎｖｅｒｓｅ  ＳＡＲ：ＩＳＡＲ）が挙げられる。
ＳＡＲは、例えば、レーダが空間内を移動しながら地表面などの観測対象を観測することで得られたレンジプロフィールを適切に合成することで、あたかも大口径のアンテナを空間に配置したような効果を得るものであり、レンジに直交するクロスレンジ方向についても高分解能化させたレーダ画像を得ることができる。
ＩＳＡＲは、レーダが運動する目標を観測することで、ＳＡＲと同様の効果を得て、クロスレンジ方向を高分解能化させたレーダ画像を得るものである。
例えば、目標に固定された座標系内でのレーダ位置の変化を考えれば、ＳＡＲと同じ効果が得られることが容易に理解される。
【０００５】
相対運動が自らの運動で定められ、かつ、その運動をユーザが比較的高精度に計測できるＳＡＲと比べて、相対運動が観測対象の運動で定められ、かつ、その運動を比較的高精度に計測することが困難なＩＳＡＲの方が、相対運動が未知又は推定誤差が大きくなる状況が発生し易い。
しかし、ＳＡＲにおいても、レーダプラットフォームに搭載する運動センサの精度が低い場合には、相対運動が大きくなる可能性がある。
このような観点から、以下では、特にＳＡＲとＩＳＡＲを区別せず、画像レーダと呼ぶことにする。
なお、ＳＡＲとＩＳＡＲの中間、即ち、レーダと目標の両者が移動する場合（例えば、航空機から海上を航行中の船を観測する場合）も画像化が可能であり、この場合も画像レーダの範疇に含まれる。
【０００６】
目標における高周波信号の反射点のレンジ位置を知るには、レンジプロフィール上で該当点のレンジを計測すればよいので、本来観測は１回で十分である。しかし、クロスレンジ位置を知るには、距離の変化情報が必要になるので、上記のように、複数回の観測を実施してレンジヒストリを取得する。
例えば、等速直線運動をするレーダから固定目標を観測するような場合を想定すると、レーダと反射点の軌道方向の位置が近くなるほど距離が近くなる。
したがって、距離の変化を観測することにより、例えば、レーダと軌道方向の位置が等しくなる時刻を、距離変化が０になる観測時刻（または、距離が最も小さくなる観測時刻）として得ることができる。
この観測時刻と相対運動情報であるレーダの速度及びレーダの初期位置から、その点の軌道方向の位置（クロスレンジ位置に相当する）を特定することができる。
【０００７】
実際のレーダ画像化処理では、複数の反射点の信号が重畳する受信信号から、各反射点の距離変化を直接計測して、距離に直交する方向の位置を特定することは困難であり、実際は、何らかの信号処理に基づいて実施されることとなる。
画像レーダにおける画像化方法は、各種提案されており、それを説明するための相対運動のモデルも色々なものがある。
ここでは、説明の便宜上、相対運動によるレーダと目標上の反射点の距離の変化が、「レーダと目標中心の間の距離の変化」と、「目標中心を中心とする回転運動」との合成によって発生すると考えられるモデルを採用する。
【０００８】
最初に、目標に固定された座標系を考えると、この座標系の中で、レーダは静止目標を観測しながら移動する。
このとき、目標中心とレーダの間の距離を一定とするような補償を行った上で、レーダと目標中心の位置を固定するような座標系を考える。
この座標系においては、レーダと目標中心が静止し、目標のみが目標中心を中心にして回転するため、レーダと目標上の各反射点の間の距離変化は、レーダと目標中心の間の距離の変化と、目標中心を中心とする回転運動とによって発生したとみなせる。
なお、レーダと目標中心の間の距離の変化を引き起こす運動は、回転運動（ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ  ｍｏｔｉｏｎ）に対する並進運動（ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎａｌ  ｍｏｔｉｏｎ）と呼ばれることがあり、以下でも、この用語を用いる。
【０００９】
目標とレーダ間の距離が目標の大きさと比べて十分大きい場合、並進運動の影響は各反射点に等しく寄与するとみなせる。よって、この成分は、各反射点の距離方向に直交する方向の位置特定に役に立たないばかりか、レーダ画像をレンジ方向にぼけさせてしまう。また、その成分によっては、クロスレンジ方向にもぼけさせてしまう。
したがって、この成分については、正しく推定して補償してやる必要がある。この補償処理を並進運動補償と称する。
【００１０】
並進運動の補償は、レンジ軸方向のぼけの要因となる。
レンジ分解能を超えた各反射点のレンジ移動を推定して、そのレンジ移動を補償するレンジ補償と、ドップラー軸方向のぼけの要因となる「位相の時間に対する２次以上の変化」を推定して、その２次以上の変化を補償する位相補償に大別される。
【００１１】
次に、並進運動の影響が完全に補償された場合を考える。
直交座標系の原点に回転中心があり、ｚ軸周りに角速度ω［ｒａｄ／ｓ］で回転する目標を−ｘ方向の十分遠方から観測する場合を想定する。
この場合、ある想定した瞬時時刻における位置が［ｒPｃｏｓθP，ｒPｓｉｎθP，ｚ］で与えられる点Ｐの回転中心を基準とする距離ＬP［ｍ］は、下記の式（１）で与えられる。
0005679904.tif 000002
また、距離変化に相当する＋ｘ方向のラジアル速度ＶP［ｍ／ｓ］は、下記の式（２）で与えられる。
0005679904.tif 000003
【００１２】
点Ｐのｘ座標をｘP、ｙ座標をｙPとすると、これらはｒPｃｏｓθP，ｒPｓｉｎθPと表される。
したがって、各反射点の距離-ラジアル速度の２次元分布はｙ軸方向の−ω倍の伸縮を除けば、ｘｙ平面に投影した目標の反射点位置を表すこととなる。
このため、並進運動補償後に残存する相対運動である回転運動の角速度ωが分かれば、距離-ラジアル速度の２次元分布をｙ軸方向に−１／ω倍伸縮させることで、目標の反射点のｘｙ平面に投影した位置を特定することができる。
【００１３】
一般のレーダでは、ラジアル速度を得るために、ドップラー周波数を用いる。これは、並進運動補償後のレンジヒストリをレンジセル毎にヒット方向にフーリエ変換することで得られる。
レンジドップラー周波数画像上の点Ｐのドップラー周波数をＦP［Ｈｚ］とすると、ＦPは、送信波長をλ［ｍ］として、下記の式（３）のように表される。
0005679904.tif 000004
【００１４】
即ち、レンジドップラー画像もｙ軸方向の伸縮を除けば、ｘｙ平面に投影した目標の反射点の位置を表すことになる。
そして、ｙ軸方向の伸縮が正しい画像を得るためには、既知であるλを除けば、前述の角速度ωが必要になる。そして、この値は相対運動が未知な状況では一般に未知である。
なお、回転軸が上記のｚ軸のようにレンジ軸に直交しない一般的な場合には、回転運動をレンジ軸周りの回転と、レンジに直交する軸周りの回転とに分離した場合の後者の成分の角速度が必要となる。レンジ軸周りの回転は距離変化に寄与しないため、レーダ画像にも影響を及ぼさない。
【００１５】
クロスレンジ軸方向の単位ベクトルｉc太字は、レンジ軸方向の単位ベクトルをｉr太字、回転角速度ベクトルをω太字とすると、下記の式（４）のベクトル演算で定められる。ｉc，ｉr，ωはベクトルを表すものであるため、式（４）では、ｉc，ｉr，ωを太字で表しているが、電子出願の関係上、明細書の文書中では、太字を使用することができないため、「ｉc太字」、「ｉr太字」、「ω太字」のように表記している。
0005679904.tif 000005
【００１６】
レンジドップラー画像のドップラー周波数軸を物理的な長さの軸であるクロスレンジ軸にスケーリングする問題はクロスレンジスケーリング問題と呼ばれる。
なお、上記観測時刻方向のフーリエ変換のように、信号処理によってクロスレンジ方向の分解能を向上させる処理を、以下では、クロスレンジ圧縮と称する。
【００１７】
画像のドップラー周波数分解能は、観測時間をＴ［ｓ］とすると、１／Ｔ［Ｈｚ］で与えられるので、これをクロスレンジに換算したクロスレンジ分解能Δｃ［ｍ］は、下記の式（５）のようになる。
0005679904.tif 000006
式（５）において、Δθ［ｒａｄ］は観測中の総回転角である。
【００１８】
原理的には、観測中の目標の総回転角Δθが大きければ大きいほど、クロスレンジ分解能が向上する。
しかし、距離ＬPやラジアル速度ＶPを示す式（１），（２）から容易に理解されるように、各反射点は回転角の変化とともに、そのレンジとラジアル速度（言い換えると、ドップラー周波数）が変化するので、総回転角Δθが大きくなる程、各反射点は、画像上でレンジとドップラー周波数の分解能セルを越えて移動してしまう。
即ち、上記のような単純なフーリエ変換処理では、総回転角Δθが大きい場合に、却って分解能が劣化してしまうことがある。
【００１９】
この問題を解決する画像再生方法の一つとして、以下の非特許文献１に記載されているポーラーフォーマット法（以下、「従来方法１」と称する）がある。
従来方法１では、並進運動補償後の各ヒットにおけるレンジプロフィールについて、さらに、回転中心のレンジを完全にゼロとするような補償を行った後に、そのレンジプロフィールをフーリエ変換して得られる周波数分布（レンジプロフィールの軸をレンジ［ｍ］とみなした場合は空間周波数分布）を、周波数平面上で、その送信帯域と各観測における目標の回転角に応じた位置に曲座標配置している。
【００２０】
そして、そのデータを矩形グリッド上でリサンプリングして、逆２次元フーリエ変換することで、回転に基づく前述のぼけが解消されて、クロスレンジ方向も正しく物理的長さにスケーリングされた画像を得ることができる（元が周波数分布の場合は、得られる画像の２軸は時間になるが、これについては、既知の係数（光速／２）を乗ずることで、容易に物理的長さに変換可能である）。
しかし、従来方法１では、 以下の問題がある。
（ｉ）周波数平面での曲座標配置を実現するために、各観測における回転角の変化量（回転角速度ωが一定の場合は、そのω）を知る必要があるが、相対運動の情報を有さない場合や、相対運動の推定誤差が大きい場合には、実現が困難である問題がある。
（ｉｉ）通常必要なレベルの並進運動補償に加えて、レーダと目標中心の間の距離を０に保つような補償が必要となるが、相対運動の情報を有さない場合や、相対運動の推定誤差が大きい場合には、実現が困難である問題がある。
【００２１】
また、別の画像再生方法として、以下の非特許文献２に記載されている方法（以下、「従来方法２」と称する）が挙げられる。
この方法では、通常の並進運動補償に加えて、何らかの方法で、レーダと目標中心の間の距離変化を完全に０にするような補償が既になされているものと仮定する。
その上で、目標の等価的な回転加速度ベクトルが観測中一定であるとの仮定の下に、回転運動によって発生するぼけを、レンジ軸方向、ドップラー軸方向の順に２段階で補償している。 
【００２２】
第１段階では、等回転目標上の各反射点の観測中のレンジ変化が、レンジ分解能のオーダでは、以下の性質を有することを利用している。
（ａ）ヒットに対する１次変化と近似的にみなせる
（ｂ）その１次変化の係数は、回転角速度の大きさによらず、回転中心のドップラー周波数が０の場合の各反射点のドップラーセルの位置と既知係数のみから近似的に定まる
従来方法２では、ぼけた画像をドップラーセル毎に、そのセル位置で定まる係数の１次変化分を補償している。これにより、画像のレンジ軸方向のぼけが近似的に解消される。
【００２３】
第２段階では、画像のドップラー軸方向のぼけの原因となる「各反射点の距離変化によって発生する受信信号の位相変化」が、以下の性質を有することを利用している。
（ａ）近似的にヒットに対する２次の変化とみなせる
（ｂ）その２次変化の係数の大きさは、回転中心が０レンジである場合の各レンジ位置に近似的に比例する。
【００２４】
従来方法２では、並進運動補償の際に２次の距離変化によって発生する２次の位相変化を推定する一般的な方法の一つであるＰＤ（Ｐｈａｓｅ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）法を各レンジセルのデータに適用して、その位相の２次変化係数をレンジセル毎に推定する。
次に、これらの推定結果から、係数の大きさがレンジ位置に比例することを踏まえて、外れ値を排除して平滑しながら、各レンジにおける位相の２次係数を推定する。
そして、各レンジにおける位相の２次係数に基づいて、その不要な位相変化を打ち消すような補償を行った後に再度画像化する。
【００２５】
以上の処理により、従来方法２では、回転角速度を推定する必要なしに、回転の運動の影響で発生する画像のぼけを近似的に補償することができる。
しかし、従来方法２では、以下の問題がある。
（ｉ）クロスレンジスケーリングを実現できないので、各反射点のレンジ方向の物理的な位置を得ることができない問題がある
（ｉｉ）回転の補償に際して近似的な処理を行なっているので、これに基づく誤差が発生する問題がある
（ｉｉｉ）通常の並進運動補償では、補償の対象としないレンジの１次変化を完全に０とする補償まで含めた並進運動補償がなされたものと仮定するが、その実現方法が明確ではないので、実現が困難である問題がある
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００２６】
【非特許文献１】Jakowatz Jr.，C.V.，Wahl，D.E.，Eichel，P.H.，Ghiglia，D.C.，and Thompson，P.A.“Spotlight-mode synthetic aperture radar: a signal processing approach，”Kluwer Achademic Publishers，1999. の2〜3章
【非特許文献２】Munoz-Ferreras J.M., and Perez-Martfnez F.,“Uniform rotational motion compensation for inverse synthetic aperture radar with non-cooperative targets，”IET Radar Sonar Navig.，Vol.2，No.1，pp.25−34，Feb. 2008.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２７】
従来の画像レーダ装置は以上のように構成されているので、目標とレーダの間の相対運動が未知である場合や、その相対運動の推定誤差が大きい場合には、回転運動によって発生する画像のぼけを精度よく補償することができない。また、クロスレンジスケーリングを実現できないので、各反射点のレンジ方向の物理的な位置を得ることができないなどの課題があった。
【００２８】
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、目標とレーダの間の相対運動が未知である場合や、その相対運動の推定誤差が大きい場合でも、回転運動によって発生する画像のぼけを精度よく補償することができるとともに、クロスレンジスケーリングを実施して、各反射点のレンジ方向の物理的な位置を得ることができる画像レーダ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】
【００２９】
この発明に係る画像レーダ装置は、高周波信号を空間に向けて放射する一方、空間に存在している目標に反射された高周波信号の一部を受信し、その受信信号のレンジ方向の分解能をレンジ圧縮して、その受信信号のレンジ方向の振幅特性であるレンジプロフィールを取得する一連の処理をレーダと目標間の相対位置を変えながら繰り返すことで、そのレンジプロフィールの時間履歴であるレンジヒストリを取得するレンジヒストリ取得回路と、レンジヒストリ取得回路により取得されたレンジヒストリで、不要な並進運動によって発生するレーダと目標間の不要な距離変化を補償する並進運動補償回路と、並進運動補償回路により距離変化が補償されたレンジヒストリで、目標における高周波信号の各反射点で、回転運動によって発生するレンジ方向のぼけを補償する回転レンジセル移動補償回路と、回転レンジセル移動補償回路によりレンジ方向のぼけが補償されたレンジヒストリの中で、各レンジのヒット方向のデータ列の位相項を特定し、その位相項に含まれている２次の位相変化の係数である２次位相係数の候補となる複数の候補値の確からしさをレンジセル毎に評価し、各候補値の評価結果のレンジ方向の分布を出力する２次位相係数候補評価回路と、２次位相係数候補評価回路から出力されたレンジ方向の分布である２次位相係数評価値分布に基づいて、２次位相係数のレンジに対する変化係数である２次位相係数レンジ変化係数を推定する２次位相係数変化量推定回路と、２次位相係数変化量推定回路により推定された２次位相係数レンジ変化係数に基づいて、目標の等価的な回転運動の角速度を推定する回転角速度換算回路と、２次位相係数変化量推定回路により推定された２次位相係数レンジ変化係数と２次位相係数評価値分布から２次位相係数が０になっているレンジを推定するゼロ交差レンジ推定回路と、ゼロ交差レンジ推定回路により推定されたレンジが０になるように、並進運動補償回路により距離変化が補償されたレンジヒストリを補償する０次レンジ補償回路とを設け、レーダ画像生成回路が、回転角速度換算回路により推定された角速度に基づいて、０次レンジ補償回路による補償後のレンジヒストリからレーダ画像を生成するようにしたものである。
【発明の効果】
【００３０】
この発明によれば、高周波信号を空間に向けて放射する一方、空間に存在している目標に反射された高周波信号の一部を受信し、その受信信号のレンジ方向の分解能をレンジ圧縮して、その受信信号のレンジ方向の振幅特性であるレンジプロフィールを取得する一連の処理をレーダと目標間の相対位置を変えながら繰り返すことで、そのレンジプロフィールの時間履歴であるレンジヒストリを取得するレンジヒストリ取得回路と、レンジヒストリ取得回路により取得されたレンジヒストリで、不要な並進運動によって発生するレーダと目標間の不要な距離変化を補償する並進運動補償回路と、並進運動補償回路により距離変化が補償されたレンジヒストリで、目標における高周波信号の各反射点で、回転運動によって発生するレンジ方向のぼけを補償する回転レンジセル移動補償回路と、回転レンジセル移動補償回路によりレンジ方向のぼけが補償されたレンジヒストリの中で、各レンジのヒット方向のデータ列の位相項を特定し、その位相項に含まれている２次の位相変化の係数である２次位相係数の候補となる複数の候補値の確からしさをレンジセル毎に評価し、各候補値の評価結果のレンジ方向の分布を出力する２次位相係数候補評価回路と、２次位相係数候補評価回路から出力されたレンジ方向の分布である２次位相係数評価値分布に基づいて、２次位相係数のレンジに対する変化係数である２次位相係数レンジ変化係数を推定する２次位相係数変化量推定回路と、２次位相係数変化量推定回路により推定された２次位相係数レンジ変化係数に基づいて、目標の等価的な回転運動の角速度を推定する回転角速度換算回路と、２次位相係数変化量推定回路により推定された２次位相係数レンジ変化係数と２次位相係数評価値分布から２次位相係数が０になっているレンジを推定するゼロ交差レンジ推定回路と、ゼロ交差レンジ推定回路により推定されたレンジが０になるように、並進運動補償回路により距離変化が補償されたレンジヒストリを補償する０次レンジ補償回路とを設け、レーダ画像生成回路が、回転角速度換算回路により推定された角速度に基づいて、０次レンジ補償回路による補償後のレンジヒストリからレーダ画像を生成するように構成したので、目標とレーダの間の相対運動が未知である場合や、その相対運動の推定誤差が大きい場合でも、回転運動によって発生する画像のぼけを精度よく補償することができるとともに、クロスレンジスケーリングを実施して、各反射点のレンジ方向の物理的な位置を得ることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】この発明の実施の形態１による画像レーダ装置を示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１による画像レーダ装置のレンジヒストリ取得回路１を示す構成図である。
【図３】この発明の実施の形態１による画像レーダ装置の並進運動補償回路２を示す構成図である。
【図４】この発明の実施の形態１による画像レーダ装置のレンジセル毎２次位相係数候補評価回路４を示す構成図である。
【図５】この発明の実施の形態１による画像レーダ装置の２次位相係数変化量推定回路５を示す構成図である。
【図６】２次位相係数変化量推定回路５におけるスペクトル画像利用型軌跡傾き特定回路６１の内部を示す構成図である。
【図７】この発明の実施の形態１による画像レーダ装置の２次位相係数考慮ゼロ交差レンジ推定回路７を示す構成図である。
【図８】２次位相係数評価値分布の一例を示す模式図である。
【図９】軌跡傾き信頼度分布算出回路７１の処理内容を示す説明図である。
【図１０】軌跡傾き信頼度分布算出回路７１及び信頼度分布最大位置特定器７２の処理内容を示す説明図である。
【図１１】この発明の実施の形態２による画像レーダ装置を示す構成図である。
【図１２】この発明の実施の形態２による画像レーダ装置の２次位相係数考慮前補正型ゼロ交差レンジ推定回路１０を示す構成図である。
【図１３】この発明の実施の形態３による画像レーダ装置を示す構成図である。
【図１４】この発明の実施の形態４による画像レーダ装置を示す構成図である。
【図１５】この発明の実施の形態５による画像レーダ装置を示す構成図である。
【図１６】この発明の実施の形態６による画像レーダ装置を示す構成図である。
【図１７】この発明の実施の形態６による画像レーダ装置を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による画像レーダ装置を示す構成図である。
図１において、レンジヒストリ取得回路１は高周波信号を空間に向けて放射する一方、空間に存在している目標に反射された高周波信号の一部を受信し、その受信信号のレンジ方向の分解能をレンジ圧縮して、その受信信号のレンジ方向の振幅特性であるレンジプロフィールを取得する一連の処理をレーダと目標間の相対位置を変えながら繰り返すことで、そのレンジプロフィールの時間履歴であるレンジヒストリを取得する回路である。
【００３３】
並進運動補償回路２はレンジヒストリ取得回路１により取得されたレンジヒストリで、不要な並進運動によって発生するレーダと目標間の不要な距離変化を補償する回路である。
回転レンジセル移動補償回路３は並進運動補償回路２により距離変化が補償されたレンジヒストリで、目標における高周波信号の各反射点で、回転運動によって発生するレンジ方向のぼけを補償する回路である。
【００３４】
レンジセル毎２次位相係数候補評価回路４は回転レンジセル移動補償回路３によりレンジ方向のぼけが補償されたレンジヒストリの中で、各レンジのヒット方向のデータ列の位相項を特定し、その位相項に含まれている２次の位相変化の係数である２次位相係数の候補となる複数の候補値の確からしさをレンジセル毎（または、レンジ分解能セルを更に細かく分割されたサブレンジセル毎）に評価し、各候補値の評価結果のレンジ方向の分布である２次位相係数評価値分布を出力する回路である。
２次位相係数変化量推定回路５はレンジセル毎２次位相係数候補評価回路４から出力された２次位相係数評価値分布に基づいて、２次位相係数のレンジに対する変化係数である２次位相係数レンジ変化係数を推定する回路である。
【００３５】
回転角速度換算回路６は２次位相係数変化量推定回路５により推定された２次位相係数レンジ変化係数に基づいて、目標の等価的な回転運動の角速度を推定する回路である。
２次位相係数考慮ゼロ交差レンジ推定回路７は２次位相係数変化量推定回路５により推定された２次位相係数レンジ変化係数とレンジセル毎２次位相係数候補評価回路４より出力された２次位相係数評価値分布から２次位相係数が０になっているレンジを推定する回路である。
【００３６】
０次レンジ補償回路８は２次位相係数考慮ゼロ交差レンジ推定回路７により推定されたレンジが０になるように、並進運動補償回路２により距離変化が補償されたレンジヒストリを補償する回路である。
回転考慮レーダ画像生成回路９は回転角速度換算回路６により推定された角速度に基づいて、回転を考慮した画像再生を行うことで、０次レンジ補償回路８による補償後のレンジヒストリから、画像の両軸が物理的な長さの軸にスケーリングされているレーダ画像を生成する回路である。
【００３７】
図２はこの発明の実施の形態１による画像レーダ装置のレンジヒストリ取得回路１を示す構成図である。
図２において、送信機３１は高周波信号を発生し、その高周波信号を送受切換器３２に出力する。
送受切換器３２は高周波信号の送信時と受信時で、信号の流れる方向を切り換える切換器である。
送受信アンテナ３３は送受切換器３２から出力された高周波信号を空間に向けて放射する一方、空間に存在している目標に反射された高周波信号の一部を受信して、その受信信号を送受切換器３２に出力する。
【００３８】
受信機３４は送受切換器３２から出力された受信信号を増幅して検波する。
レンジ圧縮器３５は高周波信号の送信波形に基づいて、受信機３４により検波された受信信号のレンジ方向の分解能をレンジ圧縮して、その受信信号のレンジ方向の振幅特性であるレンジプロフィールを取得する処理を実施する。
なお、送信機３１、送受切換器３２、送受信アンテナ３３、受信機３４及びレンジ圧縮器３５における一連の処理が、レーダと目標間の相対位置を変えながら繰り返されることで、そのレンジプロフィールの時間履歴であるレンジヒストリが取得される。
【００３９】
図３はこの発明の実施の形態１による画像レーダ装置の並進運動補償回路２を示す構成図である。
図３において、一般並進運動補償回路４１はレンジヒストリ取得回路１により取得されたレンジヒストリで、レンジ分解能を超えている各反射点のレンジ移動と、位相の時間に対する２次以上の変化とを推定して、そのレンジ移動と２次以上の変化を補償する回路である。
１次位相変化補償器４２は一般並進運動補償回路４１による補償後のレンジヒストリにおける位相の１次変化を補償する処理を実施する。
【００４０】
図４はこの発明の実施の形態１による画像レーダ装置のレンジセル毎２次位相係数候補評価回路４を示す構成図である。
図４において、レンジ補間器５１は回転レンジセル移動補償回路３によりレンジ方向のぼけが補償されたレンジヒストリをレンジ方向に補間し、レンジ方向に補間後のレンジヒストリをレンジセル毎２次位相係数候補評価指標算出回路５２に出力する処理を実施する。
レンジセル毎２次位相係数候補評価指標算出回路５２はレンジセル毎（あるいは、サブレンジセル毎）に、当該レンジの信号の位相に加わっている２次の位相変化を示す２次位相係数の候補となる複数の候補値の確からしさを評価して、複数の候補値の確からしさが数値化されている２次位相係数評価値分布を算出する回路である。
【００４１】
図５はこの発明の実施の形態１による画像レーダ装置の２次位相係数変化量推定回路５を示す構成図である。
図５において、スペクトル画像利用型軌跡傾き特定回路６１はレンジセル毎２次位相係数候補評価回路４から出力された２次位相係数評価値分布が示す２次元画像の振幅分布を２次元フーリエ変換してスペクトル画像を求め、そのスペクトル画像から上記２次元画像上の直線の傾きを推定する回路である。
２次位相係数変化量算出回路６２はスペクトル画像利用型軌跡傾き特定回路６１により推定された直線の傾きから２次位相係数レンジ変化係数を算出する回路である。
【００４２】
図６は２次位相係数変化量推定回路５におけるスペクトル画像利用型軌跡傾き特定回路６１の内部を示す構成図である。
図６において、軌跡傾き信頼度分布算出回路７１はレンジセル毎２次位相係数候補評価回路４から出力された２次位相係数評価値分布が示す２次元画像の振幅分布の重み付けを実施して、重み付け後の振幅分布を２次元フーリエ変換してスペクトル画像を求めるとともに、そのスペクトル画像上で直流成分に相当する原点を通り、傾きが異なる複数の直線状の積分経路を設定し、その積分経路に沿って重み付けスペクトル画像の振幅分布を線積分した結果を、各積分経路の傾きに対する信頼度として出力する回路である。
【００４３】
信頼度分布最大位置特定器７２は軌跡傾き信頼度分布算出回路７１から出力された各積分経路の傾きに対する信頼度の中で、信頼度が最大の積分経路の傾きを検出する処理を実施する。
軌跡傾き換算器７３は信頼度分布最大位置特定器７２により検出された信頼度が最大の積分経路の傾きを、レンジセル毎２次位相係数候補評価回路４から出力された２次位相係数評価値分布が示す２次元画像上の軌跡の傾きに換算する処理を実施する。
【００４４】
図７はこの発明の実施の形態１による画像レーダ装置の２次位相係数考慮ゼロ交差レンジ推定回路７を示す構成図である。
図７において、傾き固定線積分型ゼロ交差レンジ推定回路８１はスペクトル画像利用型軌跡傾き特定回路６１により推定された直線の傾きがａであり、事前に設定された画像の一軸（例えば、縦軸ｙ）に添った座標が０となる位置を通る際の他の一軸（例えば、横軸ｘ）上の座標（ｙ＝ａ（ｘ＋ｘ０）で表される場合のｘ０）であるゼロ交差点を推定するために、レンジセル毎２次位相係数候補評価回路４から出力された２次位相係数評価値分布が示す２次元画像上で、傾きがａでｘ０の候補が様々に異なる複数の積分経路を設定し、各積分経路に沿った線積分を実施して、その線積分の値が最大となるｘ０の候補が、２次位相係数が０になっているレンジであると推定する回路である。
【００４５】
次に動作について説明する。
まず、レンジヒストリ取得回路１は、下記の（１）〜（３）の処理をレーダと目標間の相対位置を変えながら繰り返すことで、レンジプロフィールの時間履歴であるレンジヒストリを取得する。
（１）送信機３１が高周波信号を発生し、その高周波信号を送受切換器３２を介して送受信アンテナ３３に出力することにより、その送受信アンテナ３３から高周波信号を空間に向けて放射させる送信処理
（２）送受信アンテナ３３が空間に存在している目標に反射された高周波信号の一部を受信し、受信機３４が受信信号を検波する受信処理
（３）レンジ圧縮器３５が受信機４により検波された受信信号のレンジ方向の分解能をレンジ圧縮して、その受信信号のレンジ方向の振幅特性であるレンジプロフィールを取得するレンジプロフィール取得処理
【００４６】
並進運動補償回路２は、レンジヒストリ取得回路１がレンジヒストリを取得すると、そのレンジヒストリで、不要な並進運動によって発生するレーダと目標間の不要な距離変化を補償する。
具体的には、以下のようにして、不要な並進運動によって発生するレーダと目標間の不要な距離変化を補償する。
並進運動補償回路２の一般並進運動補償回路４１は、一般的な並進運動の補償処理を適用することで、レンジヒストリ取得回路１により取得されたレンジヒストリで、レンジ分解能を超えている各反射点のレンジ移動と、位相の時間に対する２次以上の変化とを推定して、そのレンジ移動と２次以上の変化を補償する。
なお、一般的な並進運動の補償処理として、様々な方法が提案されているが、一般的な並進運動の補償処理では、レンジヒストリにおける位相の１次変化は、補償の対象とされていない。
【００４７】
１次位相変化補償器４２は、一般並進運動補償回路４１による補償後のレンジヒストリにおける位相の１次変化を補償する。
以下、１次位相変化補償器４２による位相の１次変化の補償処理を具体的に説明する。
１次位相変化補償器４２は、下記に示すように、一般並進運動補償回路４１のレンジ補償で推定されたレンジ変化をヒットに対する１次関数で近似し、これに相当する位相変化を一般的な並進運動補償後のレンジヒストリから差し引く処理を行う。
【００４８】
ここで、総ヒット数をＨ、ヒット番号をｈ（ｈ＝−Ｈ／２，−Ｈ／２＋１，・・・，Ｈ／２−１）、パルス繰り返し周期をΔｔ［ｓ］とする。第ｈヒットにおける観測時刻ｔ（ｈ）［ｓ］は、下記の式（６）で与えられる。
なお、総ヒット数Ｈは偶数でも奇数でもよいが、奇数の場合には、ヒット番号をｈ＝−（Ｈ−１）／２，・・・，（Ｈ−１）／２と設定する。
0005679904.tif 000007
【００４９】
レンジセル数をＭ、レンジセル番号をｍ（ｍ＝０，１，・・・，Ｍ−１）、レンジ分解能（後述するレンジピクセルスペーシング）をΔｒ［ｍ］とする。
また、一般的な並進運動補償後のレンジヒストリをｓ1（ｈ，ｍ）で表し、レンジ変化の１次関数の傾き（１ヒット当たりのレンジセル変化量）をａ1［ｃｅｌｌ］とする。
この場合、中心周波数をｆ0［Ｈｚ］、光速をｃ［ｍ／ｓ］とすると、このレンジ変化に相当する位相変化φ1（ｈ）［ｒａｄ］は、下記の式（７）で与えられる。
0005679904.tif 000008
【００５０】
１次位相変化補償器４２は、式（６）及び式（７）の関係を用いて、一般的な並進運動の補償処理では補償されない位相の１次変化φ1（ｈ）を下記の式（８）のように補償して、補償後のレンジヒストリｓ2（ｈ，ｍ）を取得する。
0005679904.tif 000009
【００５１】
上述したように、目標上の各反射点は、回転の影響で、その位置に応じたレンジ変化をする。
そのレンジ変化は、角速度が一定で、かつ、角度変化範囲が比較的小さい状況では、近似的に時間に対する１次変化とみなせ、かつ、クロスレンジ位置が同じであれば、同じとみなすことができる（クロスレンジ位置が同じ点は、同じドップラー周波数（あるいは、同じラジアル速度）であることを考えると理解しやすい）。
１次位相変化補償器４２の処理は、一般的な並進運動補償によって、レンジ変化が０となったクロスレンジ位置のドップラー周波数を０［Ｈｚ］にすることを目的としている。
【００５２】
回転レンジセル移動補償回路３は、回転運動によって発生するぼけのうちのレンジ方向の成分ぼけを補償する。
以下、回転レンジセル移動補償回路３によるレンジ方向のぼけの補償処理を具体的に説明する。
【００５３】
ここで、回転運動によって生じる時刻ｔ＝０からの回転角をθ（ｔ）とすると、ｔ＝０における回転中心を基準とするレンジとクロスレンジがｘP，ｙPである点の回転角θ（ｔ）におけるレンジｒP（θ（ｔ））は、下記の式（９）で与えられる。ただし、ｒ0は
並進運動補償後の回転中心のレンジである。
0005679904.tif 000010
ここで、cosθ(t)，sinθ(t)は次式で表すことができる。
0005679904.tif 000011
【００５４】
ここで、２次以上の項を無視し、θ（ｔ）＝ωｔとおくと、クロスレンジ位置ｙPの点のｔ＝０からのレンジ変化δｒ（ｙP，ｔ）は、下記の式（１２）で与えられる。
0005679904.tif 000012
よって、クロスレンジ位置ｙP毎に異なる１次のレンジ変化を補償してやればよいが、実際は、角速度ωとクロスレンジ位置ｙPは不明である。
【００５５】
そこで、セル番号がｄ（ｄ＝−Ｈ／２，−Ｈ／２−１，・・・，Ｈ／２−１：ｄ＝０がドップラー周波数０）で与えられるドップラーセルについて考える。
このセルの中心点のクロスレンジ位置（上述のｙP相当）は、クロスレンジ分解能Δｃを用いると、ｄΔｃで与えられる。
よって、この点のレンジ変化は、ｄΔｃωｔになる。
ところで、上述したように、Δｃ＝λ／（２ωＴ）と与えられることを踏まえると、下記の式（１３）が得られる。
0005679904.tif 000013
【００５６】
即ち、第ｄドップラーセルの中心点については、そのレンジ変化は角速度ωによらず、式（１３）で与えられることになる。
ここで、時刻ｔの代わりに、ヒットｈを用いるものとし、式（１３）のδｒ（ｄΔｃ，ｔ）をドップラーセル番号ｄに対するヒットｈのレンジ変化δｒ（ｄ，ｈ）で表すと、下記の式（１４）が得られる。
0005679904.tif 000014
【００５７】
回転レンジセル移動補償回路３は、以上を踏まえて、並進運動補償後のレンジヒストリｓ2（ｈ，ｍ）をヒット方向にフーリエ変換してレンジドップラー画像Ｓ2（ｄ，ｍ）を生成し、このドップラーセルｄ毎に式（１４）で与えられる各ヒットのレンジ変化を打ち消すように補償する。
具体的には、ｄcドップラーセルの反射点について補償する際には、レンジヒストリｓ2（ｈ，ｍ）のｄcドップラーセル付近の信号を通過させ、それ以外の信号の通過を阻止する性質の適当な重み係数Ｗdc（ｄ，ｍ）を導入し、下記の式（１５）の重み付け画像Ｓチルダdc（ｄ，ｍ）（明細書の文書中では、電子出願の関係上、Ｓの上部の「〜」を表現することができないので、「Ｓチルダ」と表記する）を取得する（当然のことながら、ｄcドップラーセルが画像の端部付近の場合には折り返しを考慮して、通過帯域を設定すればよい）。
0005679904.tif 000015
【００５８】
回転レンジセル移動補償回路３は、重み付け画像Ｓチルダdc（ｄ，ｍ）を取得すると、その重み付け画像Ｓチルダdc（ｄ，ｍ）をドップラーセル方向に逆フーリエ変換して、ｄcドップラーセル付近の反射点に関するレンジヒストリｓチルダdc（ｈ，ｍ）を取得する。
次に、回転レンジセル移動補償回路３は、式（１４）のｄにｄcを代入することで得られるδｒ（ｄc，ｈ）を打ち消すようにレンジヒストリｓチルダdc（ｈ，ｍ）を補償し、補償後のレンジヒストリｓチルダdc（ｈ，ｍ）をヒット方向にフーリエ変換してレンジドップラー画像を取得する。
【００５９】
そして、回転レンジセル移動補償回路３は、そのレンジドップラー画像におけるｄcドップラーセルの全レンジデータを、別途用意している配列Ｓ3（ｄ，ｍ）におけるｄ＝ｄcのセルに格納する。
なお、全てのｄcドップラーセルについて同様の処理を実施して得られた配列Ｓ3（ｄ，ｍ）が、回転運動によるレンジ移動補償後のレンジドップラー画像に相当する。
その配列Ｓ3（ｄ，ｍ）をドップラーセル方向に逆フーリエ変換することで、回転運動によるレンジ移動補償後のレンジヒストリｓ3（ｈ，ｍ）が得られる。
【００６０】
回転レンジセル移動補償回路３の処理では、回転中心が少なくともゼロドップラーセルに位置していることを期待している。
この観点から、前段の並進運動補償回路２では、レンジ変化がゼロであるドップラーセル（クロスレンジ）位置に回転中心が存在するという考えの下に、このセルをゼロドップラー（クロスレンジ）に配置するために１次の位相変化を補償している。
【００６１】
ここで、点Ｐの位相変化φP（ｔ）は、式（９）のｒP（θ（ｔ））でθ（ｔ）＝ωｔとした値を用いることで、下記の式（１６）のように表すことができる。
0005679904.tif 000016
先に説明した回転レンジセル移動補償回路３では、式（１６）に現れる三角関数を角度変化に対する１次以下の多項式で表しているが、ここでは、レンジセルの変化より感度の高い位相変化に着目することを考慮して、これより次数の高い２次以下の多項式で表すことにする。
この場合、式（１６）の位相変化φP（ｔ）は、下記の式（１７）で近似される。
0005679904.tif 000017
【００６２】
式（１７）において、２次の位相変化２πｘPω2ｔ2／λが、回転運動によってレンジドップラー画像をドップラー軸方向にぼけさせる主要な成分に相当する。
２次位相係数は、回転中心のレンジを基準とするレンジｘPに比例することを踏まえ、ここでは、２次位相係数をレンジｘPの関数α2（ｘP）として、下記の式（１８）で表すようにする。
0005679904.tif 000018
【００６３】
式（１８）より明らかなように、ｘPとα2（ｘP）の組が得られれば、｜ω｜を定めることができる。
さらに、下記の式（１９）で表される２次位相係数のレンジに対する変化の割合である２次位相係数レンジ変化係数β2が得られた場合にも、ここから｜ω｜を定めることができる。
0005679904.tif 000019
【００６４】
｜ω｜を推定する際、ｘPとα2（ｘP）の組を用いる場合は、レンジｘPを知る必要がある。言い換えると、回転中心のレンジを特定する必要があるのに対し、２次位相係数レンジ変化係数を用いる場合は、ｘPそのものは必要としないので、回転中心のレンジも推定不要となる。よって、推定が容易になると考えられる。
これらの観点に基づき、２次位相係数変化量推定回路５では、２次位相係数レンジ変化係数β2を推定し、回転角速度換算回路６では、２次位相係数レンジ変化係数β2を｜ω｜に換算する。
レンジセル毎２次位相係数候補評価回路４では、２次位相係数レンジ変化係数β2の推定を可能にするために、各レンジにおける２次位相係数の各候補値について、その確からしさについての評価値の分布である２次位相係数評価値分布を生成する（図８を参照）。
【００６５】
即ち、レンジセル毎２次位相係数候補評価回路４は、回転レンジセル移動補償回路３によりレンジ方向のぼけが補償されたレンジヒストリの中で、各レンジのヒット方向のデータ列の位相項を特定し、その位相項に含まれている２次の位相変化の係数である２次位相係数の候補となる複数の候補値の確からしさをレンジセル毎（または、レンジ分解能セルを更に細かく分割されたサブレンジセル毎）に評価し、各候補値の評価結果のレンジ方向の分布である２次位相係数評価値分布を出力する。
以下、レンジセル毎２次位相係数候補評価回路４の処理内容を具体的に説明する。
【００６６】
レンジセル毎２次位相係数候補評価回路４のレンジ補間器５１は、回転レンジセル移動補償回路３によりレンジ方向のぼけが補償されたレンジヒストリをレンジ方向に補間し、レンジ方向に補間後のレンジヒストリをレンジセル毎２次位相係数候補評価指標算出回路５２に出力する。
レンジヒストリのレンジ方向の補間には、一般的なゼロ詰め補間等を用いることができる。
この処理により、レンジヒストリのレンジ方向のセル幅（以下、「レンジピクセルスペーシング」と称する）が、元のレンジピクセルスペーシングΔｒより小さくなり、セル数も増える。補間後のレンジセルについても、これまで通り、レンジセルと呼ぶことにする。
レンジ補間後のレンジピクセルスペーシングをΔｒs［ｍ］とし、補間後のレンジセル数をＭsとする。
【００６７】
後段の処理では、本来、各反射点のレンジ位置ｘPに対する特性を取り扱う必要があるが、これを各レンジセルの中心レンジに対する特性で代用する際、レンジ補間器５１を組み入れることで、反射点の真のレンジと、その反射点の属するレンジセルの中心レンジとの差異を小さくして、これに基づく誤差の影響を低減することができる。
【００６８】
なお、レンジのピクセルスペーシングが補間前から十分小さいと判断される場合には、レンジ補間器５１の処理を省略することも可能である。
この場合、実際は、レンジ補間器５１が不要となるが、その場合も、１倍の補間をしたとみなすことは可能である。
この点を踏まえ、以下では、説明の効率上、レンジ補間をしない場合も含めて、その処理の内容を統一的に説明する。
【００６９】
レンジセル毎２次位相係数候補評価指標算出回路５２は、レンジセル毎（あるいは、サブレンジセル毎）に、当該レンジの信号の位相に加わっている２次の位相変化を示す２次位相係数の候補となる複数の候補値の確からしさを評価して、複数の候補値の確からしさが数値化されている２次位相係数評価値分布を算出する。
ここで取り扱う推定問題は、一般的な並進運動補償で取り扱われる問題と密接に関連している。
例えば、ＳＡＲでは、レーダプラットフォームに搭載している運動センサの情報を用いて、レンジ分解能程度の補償を実現することができるが、波長オーダの精度が必要となる位相補償の誤差が残存していることがある。
このような問題に対して、受信信号そのものから位相誤差を推定する方法が各種提案されている。
【００７０】
特に２次の位相誤差は、その影響が大きく、頻繁に発生する基本的な誤差であり、これに特化した推定方法も各種提案されている（例えば、Ｍａｐ  Ｄｒｉｆｔ（ＭＤ）法や、Ｐｈａｓｅ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ（ＰＤ）法など）。
これらの方法を２次位相係数の推定に応用するのは有益である。ただし、並進運動補償においては、推定対象である位相誤差は、どのレンジセルにおいてもほぼ等しいという前提がおかれる場合が多い。そして、この前提に基づいて、各レンジセルで得られた位相変化の推定結果や変化量、中間指標等をレンジセル方向に統合（例えば、平均や積分等）することで、最終的な推定精度を向上させることが多い。
【００７１】
しかし、ここで我々が取り扱う問題においては、２次の位相変化がレンジ毎に異なるため、従来の並進運動補償における処理をそのまま用いることはできない。
即ち、基本的には、レンジセル毎に得られた推定結果をそのまま用いざるを得ない。したがって、レンジセル方向に統合しないことによる精度劣化が生じて問題となる可能性がある。
【００７２】
上述した回転運動によるレンジセル移動を補償した後に、各レンジにおける２次の位相誤差を補償して画像を結像させることが目的の従来方法２（非特許文献２を参照）においては、上記のＰＤ法を適用して、２次の位相変化をレンジセル毎に推定する。
そして、この推定結果群に、推定を大きく失敗している外れ値が混入していることを危惧し、これを検出して除去する処理を適用する。
その後に、推定結果を平滑して、各レンジセルの２次位相変化を最終的に決定する。
しかし、この方法では、外れ値の混入数が増えるにつれて、推定に用いるデータ数が減少して推定精度が劣化する。また、外れ値の除去自体に失敗する可能性も高くなり、推定精度が劣化する。
【００７３】
ＰＤ法においては、各レンジセルでの推定処理において、候補となる２次位相係数の各々について評価値が算出され、この評価値が最高の２次位相係数が、真の２次位相係数である可能性が高いと考えられる。
従来方法２では、この観点に基づき、各レンジセルにおいて評価値が最も高い２次位相係数を、そのレンジセルにおける仮の推定結果としている。
【００７４】
しかし、画像上の反射点分布や雑音の状況によっては、真の２次位相係数の評価値が最高にならない場合がある。
例えば、ＰＤやＭＤでは、原理的に、合成開口の前半のデータのみ、後半のデータのみの各々で生成した画像間のドップラーずれに相当する量を推定し、その推定結果から２次位相係数を得ている。その際、反射点分布の状態によっては、反射点間の干渉の影響を受けて、真値とは大きく異なる候補値の評価値が大きくなる場合がある。
従来方法２の外れ値は、このような影響を受けて発生した可能性が高い。ただし、このような状況においても、真値の評価値は、例え最高とはならなくても、高い値を保持しているので、この情報をうまく用いれば、推定精度を向上できる可能性がある。
この観点で、本発明では、評価値の分布全体に基づいて２次位相係数を推定するようにしている。
【００７５】
以下、レンジセル毎２次位相係数候補評価指標算出回路５２の処理内容を具体的に説明する。
レンジセル毎２次位相係数候補評価指標算出回路５２では、ＰＤやＭＤ等の２次位相係数の候補値に対しても、何らかの評価値を算出できるような２次位相推定法を用いて、レンジセル、候補値毎の２次位相係数評価値分布を算出する。
以下、ＰＤを用いる場合を例にして説明する。
【００７６】
あるレンジセルにおける位相２次の位相係数の真値がａ2で与えられたとする。
注目レンジセルの受信信号ｇ（ｔ）が２次の位相誤差の含まれない信号ｓ（ｔ）を用いて、下記の式（２０）で与えられるとする。
0005679904.tif 000020
【００７７】
レンジセル毎２次位相係数候補評価指標算出回路５２は、注目レンジセルの受信信号ｇ（ｔ）からから観測時間の前半の信号ｇs（ｔ）と、後半の信号ｇe（ｔ）を下記の式（２１），（２２）のように抽出する。
0005679904.tif 000021
【００７８】
ここで、ｓ（ｔ）＝γPej2πfptと、振幅γPでドップラー周波数ｆPの１点のみが存在する単純な場合を想定すると、下記の式（２３）で得られるｇP（ｔ）の位相の１次変化の中に２次係数ａ2が現れる。
0005679904.tif 000022
これを得るためには、ｇP（ｔ）をフーリエ変換して得られるスペクトルを確認すればよい。
【００７９】
時間により変動しない項を無視すると、ｇP（ｔ）のスペクトルＧP（ｆ）は下記の式（２４）で与えられる。
0005679904.tif 000023
【００８０】
｜ＧP（ｆ）｜を最大とするｆをｆmax［Ｈｚ］とすると、ａ2［１／ｓ2］は下記の式（２５）で得られる。
0005679904.tif 000024
【００８１】
レンジセル毎２次位相係数候補評価指標算出回路５２は、以上を踏まえて、｜ＧP（ｆ）｜相当の値を２次位相係数評価値分布とする。
以上の説明では、観測時刻ｔを連続値として取り扱っているが、その観測時刻がヒットｈとパルス繰り返し周期Δｔで表現される離散時刻になっていても同様である。 
【００８２】
また、ｓ（ｈ，ｍs）のヒット前半の配列をｓs（ｈ2，ｍs）、後半の配列をｓe（ｈ2，ｍs）（ｈ2＝−Ｈ／４，・・・，Ｈ／４−１）として、ｓP（ｈ2，ｍs）＝ｓe（ｈ2，ｍs）ｓs（ｈ2，ｍs）*をヒットｈ2方向にフーリエ変換して得られる配列をＧ0（ｄ2，ｍs）（ｄ2＝−Ｈ／４，・・・，Ｈ／４−１）で表すものとする。
ここで、Ｇ0（ｄ2，ｍs）のｄ2方向の軸の単位はセルであるが、式（２５）と、観測時刻を２分割したことで、ドップラー分解能が２倍に劣化したことを踏まえると、セル番号2をＡ倍することで、２次位相係数に対する分布に換算することができる。
0005679904.tif 000025
【００８３】
ここでは、 上記のＧ0（ｄ2，ｍs）をｄ2軸方向にゼロ詰め補間して、この方向のセル数を増やすとともにセル幅を狭くする。ゼロ詰め補間により点数をＮintp倍にする。
この結果得られた配列をＧ（ｄs，ｍs）（ｄs＝−Ｈs／２，・・・，Ｈs／２−１）で表すものとする。ただし、Ｈs＝（Ｈ／２）Ｎintpである。
この場合、セル番号ｄ2から２次位相係数への換算係数Δａ2は、下記の式（２７）で与えられる。
0005679904.tif 000026
このＧ（ｄs，ｍs）を２次位相係数評価値分布とする。 
【００８４】
ここでは、ＰＤ法を用いるものを説明したが、ＰＤ法に限るものではなく、ＭＤ法などの他の方法で代用させることも可能である。
ＭＤ法では、ヒット前半と後半で、それぞれ画像を生成し、その画像間の相互相関のピーク位置から画像間のずれを計測し、その画像間のずれを２次位相変化係数に換算するようにする。
したがって、各ずれに対する相互相関値も、ＰＤ法の場合と同様に、候補２次位相変化係数の評価値として用いることができる。
【００８５】
２次位相係数変化量推定回路５は、レンジセル毎２次位相係数候補評価回路４から２次位相係数評価値分布を受けると、その２次位相係数評価値分布に基づいて、２次位相係数のレンジに対する変化係数である２次位相係数レンジ変化係数を推定する。
以下、２次位相係数変化量推定回路５による２次位相係数レンジ変化係数の推定処理を具体的に説明する。
２次位相係数評価値分布が示す２次元画像としては、一般的なｓ（ｙ，ｘ）という画像を想定する。
この画像のｘ軸方向の画素数はＮｘ、ｙ軸方向の画素数はＮｙである。これをＧ（ｄs，ｍs）と関連付ける場合、ｄsとｙが対応し、ｍsとｘが対応する。 
【００８６】
まず、２次位相係数変化量推定回路５のスペクトル画像利用型軌跡傾き特定回路６１は、画像上の同じ傾きの直線は、いずれも、その画像を２次元フーリエ変換して得られるスペクトル画像上で原点（直流成分）を通り、元の直線の傾きに依存した傾きの直線状に投影されるというフーリエ変換の性質を利用して、元の画像上の直線の傾きを推定する。
一般的に、 ｘ−ｙ２次元無限平面上の傾きａの直線は、フーリエ変換の性質より、これを２次元フーリエ変換したｆｘ−ｆｙ２次元無限周波数平面上で、原点を通り、傾きＡが下記の式（２８）で与えられる直線に変換される。
0005679904.tif 000027
【００８７】
この関係は、２次元画像ｓ（ｙ，ｘ）上の直線群の傾きａ（図９（ａ）を参照）と、これを２次元フーリエ変換して得られるスペクトル画像Ｓ（ｆｙ，ｆｘ）上の直線の傾きＡ（図９（ｂ）を参照）とにおいて、ｘ方向の画素数Ｎｘとｙ方向の画素数Ｎｙが等しい特別な場合には同様に成立する。
ｘ方向の画素数Ｎｘとｙ方向の画素数Ｎｙが異なる一般的な場合には、両傾きの関係は、各軸方向の空間分解能がそれぞれ１／Ｎｘ，１／Ｎｙとなる影響を踏まえ、下記の式（２９）で与えられる。
0005679904.tif 000028
【００８８】
いずれにしても、スペクトル画像上の傾きが分かれば、上式の関係に基づいて、元の画像上の直線群の傾きａを算出することができる。
特に、スペクトル画像Ｓ（ｆｙ，ｆｘ）上で傾きを推定するメリットは、直線が定点（原点）を通るので、その定点を通る直線検出問題に簡単化して、傾きを推定できることである。
【００８９】
スペクトル画像利用型軌跡傾き特定回路６１の軌跡傾き信頼度分布算出回路７１は、以上を踏まえて、２次位相係数評価値分布が示す２次元画像の絶対値である振幅分布を２次元フーリエ変換してスペクトル画像を生成し、そのスペクトル画像の絶対値である振幅分布を取得する。
定点を通る直線の検出は、定点を通り、傾きが異なる経路に沿ったスペクトル画像の線積分結果のピーク検出によって実施することができる。
２次元画像上の直線群の傾きａとして予想される値を一つ以上用意して、各々に応じたスペクトル画像上の積分経路を積分経路群として設定する。
【００９０】
例えば、ａの候補値をａ＿ｃａｎｄ（ｉａ）（ｉａ＝０，１，・・・，Ｎａ−１： Ｎａはａの候補数）とする。
候補値として、ａｃを中心とするＷａ幅の等間隔値とする場合、 ａ＿ｃａｎｄ（ｉａ）は、下記の式（３０）のように与えられる。
ａ＿ｃａｎｄ（ｉａ）＝ａｃ＋（Ｗａ／Ｎａ）×（ｉａ−１／２）      （３０）
候補値は、必ずしも等間隔値である必要はなく、ａ＿ｃａｎｄ（ｉａ）として不等間隔な値を設定することも可能である。ただし、後段でａ＿ｃａｎｄ（ｉａ）が等間隔であることを想定した処理が存在する場合には、等間隔な値を設定する。
ａ＿ｃａｎｄ（ｉａ）に対するスペクトル画像上の積分経路の傾きＡ＿ｃａｎｄ（ｉａ）は、下記の式（３１）で与えられる。
Ａ＿ｃａｎｄ（ｉａ）＝−（Ｎｙ／Ｎｘ）１／ａ＿ｃａｎｄ（ｉａ）    （３１）
【００９１】
次に、軌跡傾き信頼度分布算出回路７１は、ｆｙ方向の２Ｎｙ点の位置ｆｙ０（ｉｙ） （ｉｙ ＝０，１，・・・，２Ｎｙ−１）を下記の式（３２）のように設定する。
ｆｙ０（ｉｙ）＝ｉｙ−Ｎｙ                                        （３２）
また、スペクトル画像のｆｙ方向の画素番号が０からＮｙ−１で与えられると想定し、下記の式（３３）でｆｙ（ｉｙ）を取得する。
ｆｙ（ｉｙ）＝ｆｙ０（ｉｙ）  ｍｏｄ  Ｎｙ  （ｉｙ＝０、１、…、２Ｎｙ−１）                                                                        （３３）
【００９２】
次に、軌跡傾き信頼度分布算出回路７１は、各ｉｙに対するｆｘ方向の画素番号ｆｘ（ｉｙ）を下記の式（３４）で与える。
ｆｘ（ｉｙ）＝（１／Ａ＿ｃａｎｄ（ｉａ））ｆｙ（ｉｙ）＝−（Ｎｘ／Ｎｙ）ａ＿ｃａｎｄ（ｉａ）                                                      （３４）
これにより、２Ｎｙ組の（ｆｘ（ｉｙ），ｆｙ（ｉｙ））でスペクトル画像上の積分経路が設定される。 
【００９３】
軌跡傾き信頼度分布算出回路７１は、スペクトル画像の振幅分布Ｓ（ｙ，ｘ）と、各ａ＿ｃａｎｄ（ｉａ）に対する積分経路を設定する配列ｆｘ（ｉｙ），ｆｙ（ｉｙ）に基づいて、スペクトル画像の振幅分布の線積分を行う。
その際、ｆｘ（ｉｙ）の値が小数の場合があることを考慮して、ｆｘ（ｉｙ）に隣接する２つ画素番号の画素の値の線形補間により値を決定する。
まず、ｆｌｏｏｒ（Ｚ）を実数Ｚの小数点以下を切り捨てるオペレータとして、 ｆｘ（ｉｙ）より小さい側と大きい側の画素番号ｆｘ＿ｓｍｌ０（ｉｙ），ｆｘ＿ｌｒｇ０（ｉｙ）を下記の式（３５），（３６）で取得する。
ｆｘ＿ｓｍｌ０（ｉｙ）＝ｆｌｏｏｒ（ｆｘ（ｉｙ））                （３５）
ｆｘ＿ｌｒｇ０（ｉｙ）＝ｆｘ＿ｓｍｌ０（ｉｙ）＋１                （３６）
【００９４】
また、線形補間に用いるための ｆｘ（ｉｙ）とｆｘ＿ｓｍｌ０（ｉｙ）、ｆｘ＿ｌｒｇ０（ｉｙ）までの距離ｄ＿ｓｍｌ（ｉｙ），ｄ＿ｌｒｇ（ｉｙ）を下記の式（３７），（３８）で取得する。
ｄ＿ｓｍｌ（ｉｙ）＝ｆｘ（ｉｙ）−ｆｘ＿ｓｍｌ０（ｉｙ）          （３７）
ｄ＿ｌｒｇ（ｉｙ）＝１−ｄ＿ｓｍｌ（ｉｙ）                        （３８）
ｆｘ＿ｓｍｌ０（ｉｙ）とｆｘ＿ｌｒｇ０（ｉｙ）が、０からＮｘ−１の間の外の値を指す場合があることを踏まえ、下記の式（３９），（４０）により、それぞれに対応する画素番号ｆｘ＿ｓｍｌ（ｉｙ），ｆｘ＿ｌｒｇ（ｉｙ）を取得する。
ｆｘ＿ｓｍｌ（ｉｙ）＝ｆｘ＿ｓｍｌ０（ｉｙ）  ｍｏｄ  Ｎｘ        （３９）
ｆｘ＿ｌｒｇ（ｉｙ）＝ｆｘ＿ｌｒｇ０（ｉｙ）  ｍｏｄ  Ｎｘ        （４０）
【００９５】
軌跡傾き信頼度分布算出回路７１は、以上を踏まえて、傾きが様々に異なる経路に沿ったスペクトル画像の線積分を行う。
その際、線積分用画像としては、下記の（ａ）〜（ｃ）に示す方法等が考えられる。
（ａ）Ｓ（ｆｙ，ｆｘ）をそのまま用いる方法
（ｂ）Ｓ（ｆｙ、ｆｘ）の原点からｆｙ方向に離れるほど、信号の大きさが小さくなって、傾きの検出感度が劣化してしまう場合を考慮し、Ｓ（ｆｙ，ｆｘ）の値を各ｆｙにおいて、Ｓ（ｆｙ，＊）（ここで、＊は、スペクトル画像のｆｘ方向の画素番号０からＮｘ−１の全てを表す表現である）の最大値や２乗総和値等で正規化したスペクトル画像（以下、直線強調スペクトル画像）を用いる方法
（ｃ）（ｂ）と同様の目的で、各ｆｙの２乗総和値でスペクトル画像を正規化するが、その際、後段の処理を考慮して、上記の正規化後の全スペクトル画像の画素の値を、さらに元のＳ（ｆｙ，ｆｘ）の全画素についての２乗総和値で割ったスペクトル画像（総電力保持直線強調スペクトル画像）を用いる方法
以下の説明では、（ａ）（ｂ）（ｃ）のいずれの方法で得られたスペクトル画像についても、スペクトル画像をＳ１（ｆｙ，ｆｘ）で表現する。
【００９６】
軌跡傾き信頼度分布算出回路７１は、各ｉｙに対する線積分用の値ｚ（ｉｙ）を下記の式（４１）で取得する。
ｚ（ｉｙ）＝  Ｓ１（ｆｙ（ｉｙ）
，ｆｘ＿ｓｍｌ（ｉｙ））×ｄ＿ｌｒｇ（ｉｙ）＋  Ｓ１（ｆｙ（ｉｙ）
，ｆｘ＿ｌｒｇ（ｉｙ））×ｄ＿ｓｍｌ（ｉｙ）
（４１）
【００９７】
この値ｚ（ｉｙ）を全てのｉｙについて総和することで、ａ＿ｃａｎｄ（ｉａ）に対する積分値が得られる。
この際も、単にそのまま総和するのみならず、例えば、原点付近の値を重視するなど、何らかの重みＷ（ｉｙ）を乗じて総和することも可能である。
0005679904.tif 000029
よって、以下では、軌跡傾き信頼度分布算出回路７１が線積分値Ｚ０を得るものとする。
なお、重みＷ（ｉｙ）については、その総和がある一定値Ｗｔであり（ただし、Ｗｔ＞０）、下記の式（４３）を満足するように設定する。
0005679904.tif 000030
【００９８】
特に、Ｗｔ＝２Ｎｙ、Ｗ（ｉｙ）＝１（ｉｙ＝０，１，・・・，Ｎｙ）とした場合に、ｚ（ｉｙ）をそのまま総和したのと同じ結果が得られる。Ｗｔは、後段の処理において本質的な値ではなく、同じ処理をａ＿ｃａｎｄ（ｉａ）を変えて繰り返し処理する際に、同じ値に設定していればよい。
【００９９】
各ａ＿ｃａｎｄ（ｉａ）によって定まる積分経路に沿って、以上の処理に基づいて得られる積分値Ｚ０を、ｉａに対する配列Ｚ０（ｉａ）で表すものとする。
Ｚ０（ｉａ）の値は、積分経路がスペクトル画像上の軌跡に沿っていれば、言い換えると、ａ＿ｃａｎｄ（ｉａ）が元の画像上の各軌跡の傾きに近ければ近いほど、高い値になる。
即ち、Ｚ０（ｉａ）の値が高い場合の傾きａ＿ｃａｎｄ（ｉａ）ほど、真の傾きａの候補値として、より確からしいとみなすことができる。この観点で、各ａ＿ｃａｎｄ（ｉａ）についての上記Ｚ（ｉａ）を軌跡傾き信頼度分布と称する。
【０１００】
図１０に示す軌跡傾き信頼度分布において、そのピーク位置が、真の傾きａになっていると期待される。
以上のようにして、軌跡傾き信頼度分布算出回路７１では、軌跡の傾きに関する信頼度分布を取得する。
【０１０１】
信頼度分布最大位置特定器７２は、軌跡傾き信頼度分布算出回路７１が信頼度分布を取得すると、その信頼度分布の中で、信頼度が最大の積分経路の傾きを検出する。
即ち、信頼度分布最大位置特定器７２は、一般的なピーク探索を実施することにより、上記のＺ（ｉａ）を最大とするｉａを検出する。
【０１０２】
軌跡傾き換算器７３は、信頼度分布最大位置特定器７２により検出されたｉａに相当する軌跡傾き候補ａ＿ｃａｎｄ（ｉａ）を得て、その軌跡傾き候補ａ＿ｃａｎｄ（ｉａ）を傾きａの推定結果ａestとして２次位相係数変化量算出回路６２に出力する。
なお、傾きａの推定結果ａestは、Ｇ（ｄs，ｍs）が入力画像の場合には、あくまで、ｄs方向に１セル進んだ間にｍs方向に進む画素数（小数も許容）である。
【０１０３】
２次位相係数変化量算出回路６２は、軌跡傾き換算器７３から傾きａの推定結果ａestを受けると、その推定結果ａestを、前述のレンジ補間後のレンジピクセルスペーシングΔｒsと、ｄsから２次位相係数への換算係数Δａ2とを用いて、下記の式（４４）により、２次位相係数のレンジに対する変化の割合である２次位相係数レンジ変化係数β2に換算する。
0005679904.tif 000031
【０１０４】
回転角速度換算回路６は、２次位相係数変化量算出回路６２が傾きａの推定結果ａestを２次位相係数レンジ変化係数β2に換算すると、下記の式（４５）によって、その２次位相係数レンジ変化係数β2を目標の等価的な回転運動の角速度の大きさ｜ω｜に換算する。
0005679904.tif 000032
この角速度の大きさ｜ω｜によって、前述のポーラーフォーマット法等における周波数平面上での信号の配置の角度を特定することができる。 
【０１０５】
２次位相係数考慮ゼロ交差レンジ推定回路７は、回転中心が備えるべき性質である「２次位相係数が０」となるレンジを推定し、このレンジを現在の回転中心のレンジとみなすようにする。また、後段の画像再生のために、このレンジを０レンジにするためのレンジ補償量を推定する。
即ち、２次位相係数考慮ゼロ交差レンジ推定回路７の傾き固定線積分型ゼロ交差レンジ推定回路８１は、レンジセル毎２次位相係数候補評価回路４より出力された２次位相係数評価値分布Ｇ（ｄs，ｍs）に対して、両軸方向のスケーリングを考慮した傾きが式（４４）に示す２次位相係数レンジ変化係数β2であり、かつ、２次位相係数が０となるレンジが様々に異なる複数の積分経路を設定し、各積分経路に沿った線積分を実施する。
【０１０６】
傾き固定線積分型ゼロ交差レンジ推定回路８１は、各積分経路に沿った線積分を実施した結果、線積分の値が最大となる積分経路では、軌跡と一致していると考え、その積分経路において、２次係数が０となるレンジを、２次位相係数が０となるレンジ（ゼロ交差レンジ）とみなし、そのレンジを０次レンジ補償回路８に出力する。
【０１０７】
０次レンジ補償回路８は、２次位相係数考慮ゼロ交差レンジ推定回路７から２次位相係数が０となるレンジを受けると、そのレンジが０になるように、並進運動補償回路２により距離変化が補償されたレンジヒストリを補償する。
即ち、０次レンジ補償回路８は、並進運動補償回路２により距離変化が補償されたレンジヒストリｓ2（ｈ，ｍ）において、２次位相係数考慮ゼロ交差レンジ推定回路７から出力されたレンジが０になるように、全ヒットに渡って補償する。その補償結果を配列ｓrot（ｈ，ｍ）に格納する。
【０１０８】
なお、レンジヒストリｓ2（ｈ，ｍ）においては、既に並進運動によるレンジ変化の影響が補償されている。特に１次の位相変化を補償することで、回転中心が備えるべき条件の一つである「レンジ変化が０」のクロスレンジ上の点が、０ドップラーセルに配置されている。
また、回転中心が備えるべきもう一つの条件である「２次位相係数が０（言い換えると、観測中のドップラー周波数の変化が０）」となるレンジを０レンジに配置することで、「レンジ変化が０、かつ、２次位相係数が０」、言い換えると、観測中の画像上の移動が０の位置、即ち、回転中心をゼロドップラーに配置できる効果がある。
【０１０９】
回転考慮レーダ画像生成回路９は、回転角速度換算回路６により推定された角速度に基づいて、回転を考慮した画像再生を行うことで、０次レンジ補償回路８による補償後のレンジヒストリから、画像の両軸が物理的な長さの軸にスケーリングされているレーダ画像を生成する。
即ち、回転考慮レーダ画像生成回路９は、並進運動の補償後に、回転中心のレンジが補償されたレンジヒストリを、一般的なポーラーフォーマット法のように、回転を考慮した方法で画像再生することで、回転の影響により発生したぼけが正しく補償され、かつ、正しくクロスレンジスケーリングがなされているレーダ画像を生成する。
【０１１０】
以下、回転考慮レーダ画像生成回路９の処理内容を具体的に説明する。
回転考慮レーダ画像生成回路９は、並進運動の影響と、回転中心のレンジずれが完全に補償されたと期待されるレンジヒストリ（配列ｓrot（ｈ，ｍ）に格納されているレンジヒストリ）をレンジ方向にフーリエ変換してレンジプロフィールのスペクトルに関するヒストリ（レンジスペクトルヒストリ）であるｕ（ｈ，ｎ）（ｎ＝−Ｍ／２，・・・，Ｍ／２−１）を取得する。
このレンジスペクトルを周波数空間で、送信パルスの中間周波数及び帯域幅と、回転により変化する角度η（ｈ）（目標固定座標系でのレーダから回転中心を見た方向の角度）に応じた位置に配置する。
ここで、η（ｈ）は、下記の式（４６）で表される。 
0005679904.tif 000033
【０１１１】
ここで、第ｎレンジスペクトルセルにおける周波数をｆ（ｎ）として、例えば、中心周波数をｆc、送信帯域幅をＢとすると、第ｎレンジスペクトルセルにおける周波数ｆ（ｎ）は、下記の式（４７）のように表される。
0005679904.tif 000034
【０１１２】
回転考慮レーダ画像生成回路９は、レンジスペクトルヒストリｕ（ｈ，ｎ）を、公知の「Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｓｌｉｃｅ  Ｔｈｅｏｒｅｍ」を根拠に、ｆr−ｆc周波数平面上で、ｎ，ｈ毎に下記の式（４８）で定まる位置に曲座標配置する。
0005679904.tif 000035
【０１１３】
以上により、目標の反射強度に関する周波数分布が得られる。
この周波数分布を適切な位置の矩形グリッドでリサンプリングして、これを２次元逆フーリエ変換することで、時間平面における目標の反射強度分布が得られる。
この画像の両軸を既知の（高速／２）倍することで、物理的な長さの軸にすることができる。即ち、クロスレンジスケーリングが実現されたレーダ画像が得られる。
そして、このレーダ画像においては、上記周波数平面での一連の処理の効果で、回転によるぼけが補償されている。
【０１１４】
この実施の形態１では、以上のような構成を採用することにより、以下の効果を奏することができる。
［１］
並進運動の補償処理において、特に、一般的には補償を必要としない１次の位相変化を補償するので、並進運動後にレンジ変化が０になったクロスレンジレンジ上の点をゼロドップラーセルに配置することができるようになり、以下の効果が得られる。
【０１１５】
（ａ１）
従来方法２に基づいて、回転によるレンジ移動を補償する際には、回転中心のドップラーセルを基準とする各ドップラー位置に応じて補償量を変える必要があった。そのため、回転中心がどのドップラーセルに位置するかを知る必要があった。
しかし、従来方法２では、単に並進運動が完全に記載されていると仮定すると述べられているのみで、回転中心のドップラーセルを知る方法や、０ドップラー周波数に配置する方法が具体的に開示されていない。
しかし、この実施の形態１では、上記の処理により、これを具体的に実現することができる。
なお、１次の位相変化を補償する代わりに、回転中心が、その位相変化相応のドップラーシフトがなされていると考えて、各ドップラーセルにおける上記補償において、各ドップラー周波数をこのシフトの分だけ補正して補償することも可能であるが、この実施の形態１で示した方法と本質的な相違は無い。
【０１１６】
（ａ２）
後段の回転を考慮した画像再生においては、レーダと回転中心は固定されている必要がある。この処理により、回転中心のドップラー周波数相当の移動を補償して回転中心が固定という条件の達成に寄与している。
従来方法１であるポーラーフォーマット法は、基本的に、レーダと目標の間の相対運動をかなり精度良く把握できているときの方法であり、相対運動の情報が既知情報として精度良く与えられることが期待できない場合においては、このような補償は困難であった。
【０１１７】
［２］
この実施の形態１では、レンジセル毎の２次位相係数を推定する際、各レンジにおける各候補値についての評価値全体の分布を用いて、２次位相係数のレンジに対する変化を推定しているので、その精度を高くすることができる効果がある。
これに対して、従来方法２では、各レンジにおける評価値の最大位置のみに基づいて推定することに相当する。よって、干渉等の影響による外れ値の影響を受け易く、推定精度が低い問題があった。
【０１１８】
［３］
レンジ毎の２次位相係数を推定する際、信号をレンジ方向に補間しているため、反射点の真のレンジと、その反射点が所属するレンジセルの中心との差を小さくできる。
これにより、レンジセル毎に、２次位相係数の推定に関する評価指標を算出する際、上記のレンジ差に基づく誤差の発生を低減することができる。
同様に、レンジセル毎に、類似の処理を行う従来方法２では、このような工夫が施されていないので、これに基づく誤差が低減されていない問題がある。
【０１１９】
［４］
２次位相係数のレンジ変化の係数を推定する際、この問題を画像上の直線（群）の傾き推定問題に帰着させ、さらに、フーリエ変換の性質を利用することで、これを既知の定点を通る直線の検出問題に簡単化して問題を解くようにしているので、２次位相係数のレンジ変化の係数を高精度に安定して推定することができる。
これに対し、従来方法では、最大位置の情報のみに基づいて推定を行い、その最大位置は、目標上の反射点分布によっては、反射点間の干渉等の影響を受けて、真の位置とは大きく異なる位置に発生することもある。このような場合に、外れ値を検出・除去して、再度推定を行っても、情報量の更なる欠落によって推定精度が劣化する。また、外れ値の発生頻度が増えれば、除去自体が困難になる問題がある。
この実施の形態１では、たまたま、あるレンジで真値とは異なる位置に最大値が発生した場合にも、真値に存在するある程度高いピークの情報（最大ではなくても、ある程度高いピークの情報）を利用して、精度劣化を極力抑えることができる。
【０１２０】
［５］
従来方法を記載している非特許文献では、２次位相係数と、レンジ位置の関係から回転角速度を推定できることが示唆されている。
しかし、これは、実際には、あるレンジ位置の回転中心を基準とするレンジと、その２次位相係数の組があって定まる話であり、その実現に向けては、回転中心のレンジが既知である必要がある。この回転中心のレンジは、未知であることから、実際は、非特許文献で示唆された方法は実現困難である。
これに対して、この実施の形態１では、 ２次位相係数のレンジ変化から回転角速度を求めており、未知である回転中心のレンジを必要とせずに、回転角速度を推定することができる効果がある。
【０１２１】
［６］
従来方法１であるポーラーフォーマット法を実現するためには、回転中心をゼロレンジに固定した上で処理する必要があるが、この具体的な実現方法は、特にレーダと目標の間の相対運動が未知である状況においては示されておらず、実際は、回転を考慮した高精度な画像化を行うことは困難である。
これに対して、この実施の形態１では、先に述べた１次位相変化の補償により、回転中心が満たすべき条件の一つであるレンジの変化が０であるクロスレンジ、即ち、回転中心が含まれるクロスレンジを０ドップラーに配置するため、クロスレンジのドップラー周波数に相当するラジアル速度まで０にしている。
さらに、回転中心が満たすべき別の条件である「回転運動によって発生する２次の位相係数が０のレンジ」を、先に述べた評価値分布上において、傾きが既に定まった２次位相係数レンジ係数で定まり、切片の異なる複数の経路に沿った線積分結果の最大値探索により推定することも実現できる。即ち、回転中心のレンジ特定できる。
よって、このレンジをゼロとするような補償が実現されるので、回転運動を考慮した画像再生で必要となる回転中心のレンジを０に完全に固定する補償が実現される。
【０１２２】
［７］
これまで述べた回転角速度の推定と、回転中心のレンジを０に完全に固定する補償の実現により、これらを用いた回転運動を考慮した画像再生を実現することができる効果がある。
即ち、従来方法１では、特に相対運動が未知な状況において、実際には画像を再生できないか、未知量の推定誤差が大き過ぎて低画質な画像しか生成できなかった問題を解決できる利点がある。
【０１２３】
［８］
従来方法２では、回転運動の情報を知ることなく、回転に基づくレンジ変化の補償とドップラー周波数変化の補償を多段的に処理して、回転による画像のぼけの補償を実現しているが、これは実際の運動を近似モデルに置き換えた上で実現しているので、この近似に基づく信号の歪みを引き起こし、画質が低下する可能性がある。
この実施の形態１では、従来方法２と類似の方法を回転の推定、回転中心の固定のみに利用しており、実際の画像化は回転を考慮した精密な方法で実現しているので、従来方法２で発生するようなタイプの画質の劣化は生じない効果がある。
【０１２４】
［９］
従来方法２では、回転により発生するぼけの補償はできるものの、クロスレンジスケーリングは実現できない。
これに対して、この実施の形態１では、回転により発生するぼけの補償に加え、クロスレンジスケーリングまでも実現することができる。
【０１２５】
実施の形態２．
図１１はこの発明の実施の形態２による画像レーダ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。
２次位相係数考慮前補正型ゼロ交差レンジ推定回路１０は２次位相係数評価値分布と、２次位相係数レンジ変化係数の推定結果とに基づいて、２次位相係数が０となるレンジを推定し、さらに、その推定結果に基づいて、２次位相係数が０となるレンジを０レンジにするための補償量を算出する回路である。
【０１２６】
図１２はこの発明の実施の形態２による画像レーダ装置の２次位相係数考慮前補正型ゼロ交差レンジ推定回路１０を示す構成図である。
図１２において、前処理補正総和型ゼロ交差レンジ推定回路９１はスペクトル画像利用型軌跡傾き特定回路６１により推定された直線の傾きがａであり、事前に設定された画像の一軸（例えば、縦軸ｙ）に添った座標が０となる位置を通る際の他の一軸（例えば、横軸ｘ）上の座標（軌跡をｙ＝ａ（ｘ＋ｘ０）で表される場合のｘ０）であるゼロ交差点を推定するために、直線の傾きａに基づいて、レンジセル毎２次位相係数候補評価回路４から出力された２次位相係数評価値分布が示す２次元画像上の軌跡の傾きが０になるように補正し、補正後の２次元画像をｘ軸に総和して、各々のｙの総和値を最大とするｙの値ｙ０からゼロ交差点を推定する回路である。
【０１２７】
次に動作について説明する。
この実施の形態２と上記実施の形態１では、ゼロ交差レンジを推定する方法が異なっている。
２次位相係数評価値分布が示す２次元画像上の軌跡が、ｘ−ｙ平面において、ｙ＝ａ（ｘ＋ｘ０）で表せる場合のｘ０を推定する問題において、
この実施の形態２では、ｘ＝０の位置を中心に、ｙ’＝ｙ−ａｘとなるように、各々のｘ毎に、何らかの方法で全画素を−ａｘだけ平行移動させている。
その際、画像の端部から出た画素は、循環シフトの要領で、そのまま反対側の端に移動させる。以上は一般的な１次のレンジ補償等で出てくる処理である。
【０１２８】
補償後の画像において、元の軌跡はｙ’＝ａｘ０で表される。
よって、求めたいゼロ交差レンジｘ０は、補償後の画像をｘ方向に総和した分布において、その値のピークとなるｙであるｙmaxを用いて、下記の式（４９）のように表される。
ｘ０＝ｙmax／ａ                                        （４９）
【０１２９】
前処理補正総和型ゼロ交差レンジ推定回路９１では、以上の原理に基づいてゼロ交差レンジを推定して、そのゼロ交差レンジを０次レンジ補償回路８に出力する。
これ以外の処理は、上記実施の形態１と同じである。
【０１３０】
この実施の形態２の構成を採用することにより、上記実施の形態１と同様の効果を奏することができる。
また、上記実施の形態１と比較した場合の効果としては、ゼロ交差レンジの推定に用いる評価指標分布を、一般的な１次のレンジ補償相当の処理と、配列の一軸方向の総和で得ることができるので、容易に構成でき、かつ、処理負荷も低減できる可能性があることが挙げられる。
【０１３１】
実施の形態３．
図１３はこの発明の実施の形態３による画像レーダ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。
２次位相係数基準ゼロ交差レンジ推定回路１１はレンジセル毎２次位相係数候補評価回路４から出力された２次位相係数評価値分布に基づいて各レンジの２次位相係数を推定し、各レンジの２次位相係数の中で、２次位相係数が最も０に近くなっているレンジがゼロ交差レンジであると判定して、そのレンジを０次レンジ補償回路８に出力する回路である。
【０１３２】
次に動作について説明する。
上記実施の形態１，２で、２次位相係数評価値分布が示す２次元画像上の軌跡の傾きを利用して、ゼロ交差レンジを推定するものを示したが、この実施の形態３では、２次位相係数評価値分布から求まる各レンジの２次位相係数（各レンジにおいて、評価値を最大とする２次位相係数の候補値）だけを見て、その２次位相係数が０に最も近くなるレンジセルをゼロ交差レンジと推定するようにしている。
【０１３３】
即ち、２次位相係数基準ゼロ交差レンジ推定回路１１は、２次位相係数評価値分布から求まる各レンジの２次位相係数を比較し、２次位相係数が最も０に近くなっているレンジを特定する。
そして、そのレンジがゼロ交差レンジであると判定して、そのレンジを０次レンジ補償回路８に出力する。
これ以外の処理は、上記実施の形態１，２と同じである。
【０１３４】
この実施の形態３の構成を採用することにより、上記実施の形態１，２と同様の効果を奏することができる。
また、上記実施の形態１，２と比較した場合の効果としては、ゼロ交差レンジを推定する際に、前段で推定された２次位相係数評価値分布が示す２次元画像上の軌跡の傾きに基づく、２次位相係数評価値分布の線積分処理（実施の形態１）や、補償と総和処理（実施の形態２）を実施する必要がないので、処理負荷が低減され、かつ、回路も簡単化される効果を奏することができる。
【０１３５】
実施の形態４．
図１４はこの発明の実施の形態４による画像レーダ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。
並進補償後レンジヒストリ基準ゼロ交差レンジ推定回路１２は並進運動補償回路２により距離変化が補償されたレンジヒストリを参照して、回転運動により発生するレンジ移動が最小のレンジを推定し、そのレンジをゼロ交差レンジとして０次レンジ補償回路８に出力する回路である。
【０１３６】
次に動作について説明する。
並進補償後レンジヒストリ基準ゼロ交差レンジ推定回路１２は、並進運動補償回路２から並進運動補償後のレンジヒストリを受けると、そのレンジヒストリをレンジ方向に区分的な領域（レンジ方向の重複許容）に分割する。
並進補償後レンジヒストリ基準ゼロ交差レンジ推定回路１２は、各区分領域において、一般的な並進運動補償で実施されるレンジセルの移動量推定処理を実施する。
【０１３７】
移動量がゼロとなるレンジの区分領域内には、ゼロクロスレンジが存在すると考えることができる。
区分領域内のゼロ交差レンジについては、その区分領域内のレンジヒストリの振幅値をヒット方向に総和（または、電力比較の観点では、２乗和）して得られる分布において、値が最大となるレンジ、または、分布形状が最も鋭くなったピーク位置として得ることができる。
【０１３８】
そこで、並進補償後レンジヒストリ基準ゼロ交差レンジ推定回路１２は、区分領域内のレンジヒストリの振幅値をヒット方向に総和して得られる分布において、値が最大となるレンジがゼロ交差レンジであると推定する。あるいは、分布形状が最も鋭いピーク位置のレンジがゼロ交差レンジであると推定する。
並進補償後レンジヒストリ基準ゼロ交差レンジ推定回路１２は、推定したゼロ交差レンジを０次レンジ補償回路８に出力する。
並進補償後レンジヒストリ基準ゼロ交差レンジ推定回路１２以外の処理は、上記実施の形態１と同じである。
【０１３９】
この実施の形態４の構成を採用することにより、上記実施の形態１〜３と同様の効果を奏することができる。
また、上記実施の形態１〜３との比較では、一般的な並進運動補償で用いられるレンジ移動推定方法をそのまま応用できるので、既に保持する装置の改修コストをあまりかけずに流用できる効果がある。
【０１４０】
実施の形態５．
図１５はこの発明の実施の形態５による画像レーダ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。
２次位相係数推定回路１３はＨｏｕｇｈ変換等の画像上の直線の検出を行う一般的な方法に基づき、レンジセル毎２次位相係数候補評価回路４から出力された２次位相係数評価値分布が示す２次元画像上の軌跡の傾きと切片を特定し、その軌跡の傾きと切片から２次位相係数のレンジに対する変化係数である２次位相係数レンジ変化係数を推定するとともに、その２次位相係数が０になっているレンジを推定する回路である。
【０１４１】
次に動作について説明する。
２次位相係数推定回路１３は、レンジセル毎２次位相係数候補評価回路４から２次位相係数評価値分布Ｇ（ｄs，ｍs）を受けると、画像上の直線を検出する一般的な方法であるＨｏｕｇｈ変換を実施することで、その２次位相係数評価値分布Ｇ（ｄs，ｍs）が示す２次元画像上の軌跡を検出する。
【０１４２】
２次位相係数推定回路１３は、２次元画像上の軌跡を検出すると、その軌跡の傾き（ｄs方向に１セル進んだ間にｍs方向に進む画素数ａest（小数も許容））と、その軌跡のゼロクロスレンジセル（その軌跡と、ｄs＝０との交点のレンジセルｍX（小数許容））とを取得する。
【０１４３】
２次位相係数推定回路１３は、軌跡の傾きとゼロクロスレンジセルを取得すると、前述のレンジ補間後のレンジピクセルスペーシングΔｒs,ｄsと、２次位相係数への換算係数Δａ2を用いて、下記の式（５０）より、２次位相係数レンジ変化係数β2を算出し、また、下記の式（５１）より、ゼロ交差レンジｒXを算出する。
0005679904.tif 000036
【０１４４】
２次位相係数推定回路１３は、２次位相係数レンジ変化係数β2とゼロ交差レンジｒXを算出すると、その２次位相係数レンジ変化係数β2を回転角速度換算回路６に出力し、そのゼロ交差レンジｒXを０次レンジ補償回路８に出力する。
２次位相係数推定回路１３以外の処理は、上記実施の形態１と同じである。
【０１４５】
この実施の形態５の構成を採用することにより、上記実施の形態１〜４と同様の効果を奏することができる。
また、上記実施の形態１〜４との比較では、一般的なＨｏｕｇｈ変換を用いて装置を構成することができる効果を奏する。
さらに、２次位相係数推定回路１３において、２次位相係数レンジ変化係数β2とゼロ交差レンジｒXを同時に得ることができるので、装置構成が簡素化される利点がある。
【０１４６】
実施の形態６．
図１６はこの発明の実施の形態６による画像レーダ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。
ゼロ交差レンジ推定回路２１はレンジセル毎２次位相係数候補評価回路４から出力された２次位相係数評価値分布が示す２次元画像上の軌跡の傾きを特定し、その軌跡の傾きから軌跡のゼロ交差レンジを推定する回路である。
【０１４７】
レンジセル毎２次位相補償回路２２は２次位相係数変化量推定回路５により推定された２次位相係数レンジ変化係数とゼロ交差レンジ推定回路２１により推定されたゼロ交差レンジから、各レンジの２次位相変化を打ち消す補償量を算出し、その補償量にしたがって回転レンジセル移動補償回路３による補償後のレンジヒストリにおける各レンジの２次位相変化を補償する回路である。
【０１４８】
レーダ画像生成回路２３はレンジセル毎２次位相補償回路２２による補償後のレンジヒストリをヒット方向にフーリエ変換してレンジドップラー画像を生成する回路である。
クロスレンジスケーリング回路２４は回転角速度換算回路６により推定された回転運動の角速度に基づいて、レーダ画像生成回路２３により生成されたレンジドップラー画像上のドップラー周波数軸を物理的な長さであるクロスレンジ軸に換算するクロスレンジスケーリングを実施する回路である。
【０１４９】
次に動作について説明する。
この実施の形態６では、従来方法２と同様に、回転による画像のぼけを補償（回転によるレンジの変化と、回転によるドップラーの変化とを２段階で補償）し、補償後の画像をフーリエ変換することでレンジドップラー画像を生成する。
また、この実施の形態６では、従来方法では実施できないクロスレンジスケーリングを実施する。
【０１５０】
レンジヒストリ取得回路１、並進運動補償回路２、回転レンジセル移動補償回路３、レンジセル毎２次位相係数候補評価回路４及び２次位相係数変化量推定回路５の処理内容は、上記実施の形態１と同様である。
【０１５１】
ゼロ交差レンジ推定回路２１は、レンジセル毎２次位相係数候補評価回路４から２次位相係数評価値分布を受けると、その２次位相係数評価値分布が示す２次元画像上の軌跡の傾きを特定し、その軌跡の傾きから軌跡のゼロ交差レンジを推定する。
即ち、ゼロ交差レンジ推定回路２１は、下記に示す（ａ）〜（ｅ）のいずれかの回路と同様の処理を実施することで、軌跡のゼロ交差レンジを推定する。
（ａ）２次位相係数考慮ゼロ交差レンジ推定回路７
（ｂ）２次位相係数考慮前補正型ゼロ交差レンジ推定回路１０
（ｃ）２次位相係数基準ゼロ交差レンジ推定回路１１
（ｄ）並進補償後レンジヒストリ基準ゼロ交差レンジ推定回路１２
（ｅ）２次位相係数推定回路１３
【０１５２】
なお、上記（ａ）では、上記実施の形態１等で詳述したように、推定に用いる入力値が異なる。そのため、その入力値を得るためのブロック間の配線や関連するブロックも異なる。
図１６では、（ａ）や（ｂ）を用いることを想定している構成図を示しているが、（ｃ）を用いる場合には、２次位相係数変化量推定回路５からゼロ交差レンジ推定回路２１に向かう配線が不要となる。
（ｄ）を用いる場合には、レンジセル毎２次位相係数候補評価回路４及び２次位相係数変化量推定回路５からゼロ交差レンジ推定回路２１に向かう配線が不要になる代わりに、並進運動補償回路２からゼロ交差レンジ推定回路２１に向かう配線を追加する必要がある。
（ｅ）を用いる場合には、 図１７に示すような構成になる。
これらは、ゼロ交差レンジ推定回路２１又はそれに相応する回路の入力を踏まえて適宜組みかえればいい。
【０１５３】
レンジセル毎２次位相補償回路２２は、ゼロ交差レンジ推定回路２１がゼロ交差レンジを推定すると、そのゼロ交差レンジと２次位相係数変化量推定回路５により推定された２次位相係数レンジ変化係数から、各レンジの２次位相変化を打ち消す補償量を算出し、その補償量にしたがって回転レンジセル移動補償回路３による補償後のレンジヒストリにおける各レンジの２次位相変化を補償する。
即ち、レンジセル毎２次位相補償回路２２は、そのゼロ交差レンジと２次位相係数レンジ変化係数から各レンジの２次位相係数を算出する。
そして、回転レンジセル移動補償回路３による補償後のレンジヒストリにおいて、その２次位相係数から、各レンジで残存するドップラー変化を引き起こす２次の位相変化を算出し、その２次の位相変化を打ち消すように補償する。
【０１５４】
レーダ画像生成回路２３は、レンジセル毎２次位相補償回路２２による補償後のレンジヒストリ（並進運動と回転運動の影響によるぼけが大部分補償されたと期待されるレンジヒストリ）をヒット方向にフーリエ変換することで、レンジドップラー画像を生成する。
レーダ画像生成回路２３により生成されたレンジドップラー画像では、従来方法２と同様に、レンジとドップラー周波数方向のぼけの主要成分が補償されている。
【０１５５】
クロスレンジスケーリング回路２４は、レーダ画像生成回路２３がレンジドップラー画像を生成すると、回転角速度換算回路６により推定された回転運動の角速度の大きさ｜ω｜に基づいて、そのレンジドップラー画像上のドップラー周波数軸を物理的な長さに相当するクロスレンジ軸に換算するクロスレンジスケーリングを実施する。
ドップラー周波数［Ｈｚ］からクロスレンジ［ｍ］への換算係数は、上記の式（３）に基づくと、λ／（２・｜ω｜）で表される。
したがって、その換算係数をレンジドップラー画像のドップラー周波数［Ｈｚ］に掛けて、クロスレンジ軸にすればいい。
【０１５６】
なお、ドップラーセル番号［ｃｅｌｌ］からドップラー周波数［Ｈｚ］への換算係数は、観測時間Ｔを用いて１／Ｔと表される。
よって、レンジドップラー画像のドップラー方向の軸がドップラーセル番号で表現されている場合には、そのドップラーセル番号を、λ／（２・｜ω｜Ｔ）倍することでクロスレンジ軸に変換することができる。
以上により、従来方法２と類似の流れで生成した、回転によるぼけの主成分が補償されたレンジドップラー画像についても、これをクロスレンジスケーリングした画像にすることができる。
【０１５７】
この実施の形態６の構成を採用することにより、上記実施の形態１〜５と同様の効果を奏することができる。
また、上記実施の形態１〜５との比較では、回転角速度の大きさと回転中心のレンジ（ゼロ交差レンジ）の推定のために生成された回転によるレンジ移動が補償されたレンジヒストリや、レンジに対する２次位相係数レンジ変化率を再利用して、回転によるぼけの主成分が補償されたレンジヒストリを、処理負荷の増大をほとんど引き起こさずに生成することができ、かつ、これを処理負荷が回転を考慮した画像再生法より低い、ヒット方向のフーリエ変換でレンジドップラーにすることができ、かつ、これを既に推定された回転角速度の大きさを用いた簡単なスケーリングでレンジクロスレンジ画像にすることができるので、処理負荷低減の観点で効果がある。
【０１５８】
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】
【０１５９】
１  レンジヒストリ取得回路、２  並進運動補償回路、３  回転レンジセル移動補償回路、４  レンジセル毎２次位相係数候補評価回路、５  ２次位相係数変化量推定回路、６  回転角速度換算回路、７  ２次位相係数考慮ゼロ交差レンジ推定回路、８  ０次レンジ補償回路、９  回転考慮レーダ画像生成回路、１０  ２次位相係数考慮前補正型ゼロ交差レンジ推定回路、１１  ２次位相係数基準ゼロ交差レンジ推定回路、１２  並進補償後レンジヒストリ基準ゼロ交差レンジ推定回路、１３  ２次位相係数推定回路、２１  ゼロ交差レンジ推定回路、２２  レンジセル毎２次位相補償回路、２３  レーダ画像生成回路、２４  クロスレンジスケーリング回路、３１  送信機、３２  送受切換器、３３  送受信アンテナ、３４  受信機、３５  レンジ圧縮器、４１  一般並進運動補償回路、４２  １次位相変化補償器、５１  レンジ補間器、５２  レンジセル毎２次位相係数候補評価指標算出回路、６１  スペクトル画像利用型軌跡傾き特定回路、６２  ２次位相係数変化量算出回路、７１  軌跡傾き信頼度分布算出回路、７２  信頼度分布最大位置特定器、７３  軌跡傾き換算器、８１  傾き固定線積分型ゼロ交差レンジ推定回路、９１  前処理補正総和型ゼロ交差レンジ推定回路。
【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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