(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーダの受信データの圧縮方法であって、
チャープ状の送信信号により発生したレーダエコー信号を受信するステップ（Ｓ１０）と、
レーダで探査すべき対象領域に応じてレーダエコー信号の受信時間窓を設定するステップ（Ｓ１２）と、
受信したレーダエコー信号を複数のスペクトルサブ帯域に分割するステップ（Ｓ１４）と、
前記複数のスペクトルサブ帯域に夫々が対応した複数のサブ帯域時間窓を設定するステップ（Ｓ１６）と、
レーダエコー信号の受信時刻に応じてレーダエコー信号の受信時間窓の内部において前記複数のサブ帯域時間窓を個々に活性化するステップ（Ｓ１８）と、
各々のサンプリング時刻に活性化されているサブ帯域時間窓の個数に応じて調節されるサンプリングレートでレーダエコー信号をサンプリングするステップ（Ｓ２０）と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記複数のサブ帯域時間窓の夫々の活性化のためのスイッチオン時刻及びスイッチオフ時刻は、レーダエコー信号の受信時間範囲のうちレーダにより探査された対象領域に関する情報を含む部分が、前記複数のサブ帯域時間窓によってカバーされるように選定されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記複数のスペクトルサブ帯域は、前記複数のスペクトルサブ帯域が互いに略々等しい大きさのスペクトル領域を有するように選定されることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の方法。
【請求項４】
レーダエコー信号のスペクトルと前記複数のスペクトルサブ帯域の個数Ｍとに応じてサンプリングレート基準値Ｆｓ／Ｍを設定し、該サンプリングレート基準値に基づいてサンプリングレートを調節することを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の方法。
【請求項５】
各々のスペクトルサブ帯域が少なくとも１つの隣接したスペクトルサブ帯域と直接的に境界を接するように、受信レーダエコー信号を前記複数のスペクトルサブ帯域に分割することを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の方法。
【請求項６】
圧縮した受信データとして、レーダエコー信号のサンプリング値とサブ帯域時間窓を活性化するためのスイッチオン時刻及びスイッチオフ時刻の時刻値とを併せて出力する（Ｓ２２）ことを特徴とする請求項１〜請求項５の何れか１項に記載の方法。
【請求項７】
圧縮した受信データにブロック適応量子化処理を施して当該データを更に圧縮することを特徴とする請求項６記載の方法。
【請求項８】
請求項１〜請求項７の何れか１項に記載の方法によりレーダの受信データを圧縮するデータ処理方法であって、
受信データにより表されている信号を複数のスペクトルサブ帯域に分割するように、且つ、該複数のスペクトルサブ帯域の個数に応じてサンプリングレートを低下させるように構成されたフィルタバンクを用いて、前記信号にデジタルフィルタ処理を施すことを特徴とする方法。
【請求項９】
フィルタバンクとして変形ＤＦＴフィルタバンクを用いることを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１０】
コンピュータプログラムがコンピュータで実行されることによって請求項１〜請求項９の何れか１項に記載の方法の全ての方法ステップが実施されるようにするプログラムコードを備えたコンピュータプログラム。
【請求項１１】
コンピュータにより実行可能な請求項１０記載のコンピュータプログラムのプログラムコードを記録したデータ記録媒体。
【請求項１２】
レーダの受信信号を圧縮するための装置であって、
チャープ状の送信信号により発生したレーダエコー信号を受信し、レーダで探査すべき対象領域に応じてレーダエコー信号の受信時間窓を設定するように構成された受信装置と、
受信したレーダエコー信号を複数のスペクトルサブ帯域に分割し、前記複数のスペクトルサブ帯域に夫々が対応した複数のサブ帯域時間窓を設定し、レーダエコー信号の受信時刻に応じてレーダエコー信号の受信時間窓の内部において前記複数のサブ帯域時間窓を個々に活性化し、更に、前記活性化されているサブ帯域時間窓の個数に応じて調節されるサンプリングレートでレーダエコー信号をサンプリングするように構成されたデータ圧縮手段（５０、５２）と、
を備えたことを特徴とする装置。
【請求項１３】
データ圧縮手段は請求項２〜請求項７の何れか１項に記載の方法を実施するように構成されていることを特徴とする請求項１２記載の装置。
【請求項１４】
請求項１２又は請求項１３記載の装置により圧縮されるレーダの受信データに処理を施すための装置であって、
受信データにより表されている信号にデジタルフィルタ処理を施すためのフィルタバンクを備え、該フィルタバンクは、受信データにより表されている信号を複数のスペクトルサブ帯域に分割し、且つ、該複数のスペクトルサブ帯域の個数に応じてサンプリングレートを低下させるように構成されていることを特徴とする装置。
【請求項１５】
前記フィルタバンクは変形ＤＦＴフィルタバンクであることを特徴とする請求項１４記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特許請求の範囲の独立請求項に記載した合成開口レーダ（ＳＡＲ）などのレーダの受信データの圧縮方法及びＳＡＲなどのレーダのデータを受信するための受信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
飛行レーダプラットフォームでは、レーダの受信データの圧縮が必要とされ、これは、ミッションの要求条件を満たすために必要なこともあれば、ダウンリンク通信容量が限られているために必要なこともある。また、飛行レーダプラットフォーム以外の用途に用いられるレーダシステムでも、レーダの受信データを圧縮することによって、例えばデータの保存に要するコストを低減できるなどの利点が得られる。
【０００３】
飛行レーダプラットフォームに搭載されるレーダの一例がＳＡＲであり、例えばＳＡＲは移動アンテナによって地表面などの対象領域を走査（サンプリング）する。ＳＡＲはそのサンプリングを行うために、送信パルスを送出してレーダエコー信号を受信する。このレーダエコー信号は、送信パルスが走査対象（ターゲット）で反射した反射パルスである。ＳＡＲのアンテナから送信パルスが照射されて、ある領域のサンプリングが行われたならば、ＳＡＲプロセッサが、エコー信号（ターゲットエコー）に然るべきデータ処理を施してその走査した対象領域の画像を計算処理により生成する。ＳＡＲは例えば地表面の測地や地表面の画像作成などの用途に用いられる。ＳＡＲが送出する送信パルスは、通常、チャープパルスであり、特に、直線的な周波数変調を施したチャープパルスが用いられる。ＳＡＲを搭載する飛行レーダプラットフォームとしては例えば人工衛星があり、また人工衛星だけに限られず、地表面ないし惑星表面から十分に高い高高度を飛行する航空機などをはじめとする様々な飛行体も、ＳＡＲを搭載する飛行レーダプラットフォームとして用いられる。
【０００４】
図１は、飛行ＳＡＲプラットフォームにおいて、エコー信号（レーダエコー信号）のデータの圧縮、即ち、受信データの圧縮が行われる状況を例示した図である。ＳＡＲシステム１２の送信パルス１０が照射される照射領域１４（図１における楕円形の領域）内に、画像を生成する所望の対象領域１６（図１における楕円形の領域の中の矩形の領域）が規定される。この対象領域内には最近距離ターゲット１８と最遠距離ターゲット２０とが存在しており、最遠距離ターゲットは撮像対象領域の幾何学的形状によっては複数存在することもあり得るが、それは一向にかまわない。ＳＡＲシステム１２の受信装置は、最近距離ターゲットからのエコー信号２２及び最遠距離ターゲットからのエコー信号２４を受信しており、それらの元となる信号はＳＡＲシステム１２の送信装置で生成されている。ドップラー偏移が発生することがあり得るが、それは無視して構わない。最近距離ターゲットと最遠距離ターゲットとの間に位置するその他のターゲットからのエコー信号は全て、最近距離ターゲットからのエコー信号と最遠距離ターゲットからのエコー信号との間に位置することになる。所望の対象領域の領域外ではあるが照射領域の領域内に存在するターゲットによっても受信信号の中にチャープが形成されるが、それらチャープは受信信号中では最近距離ターゲットの「手前側」か最遠距離ターゲットの「向こう側」に位置することになる。
【０００５】
図２には、受信レーダエコー信号の周波数スペクトルを表す周波数−時間ダイアグラムにおけるターゲットの位置が示されている。受信レーダエコー信号の帯域幅は、レーダ信号として用いられるチャープ信号のスペクトルによって決まる。レーダエコー信号を受信するための受信時間窓は、所望の対象領域１６に応じて設定される。換言するならば、受信時間窓の内部において所望の対象領域１６からのレーダエコー信号が受信できるように受信時間窓が設定される。受信したレーダエコー信号のうち、信号解析に必要とされるのは、図２において暗色の網掛けをした信号部分だけである。暗色の網掛けをした信号部分の両側に隣接する明色の網掛けをした２本の帯状信号部分は、所望の対象領域１６の領域外に存在するターゲットで反射したターゲットエコーを含む信号部分であり、これら帯状信号部分の信号電力はＳＡＲのレーダプロダクト（レーダ観測データ）に関与することはない。また、これら帯状信号部分の更に外側の明色の網掛けをした２つの領域（三角形の信号部分）には、受信ノイズが含まれているだけであり、ターゲットエコーに起因する信号電力は含まれていない。
【０００６】
従来、宇宙空間で実施されるミッションにおいてデジタルデータ圧縮が行われることは非常に稀であった。その理由は、デジタルデータ圧縮を行う上で要求される所要データレートに対応可能でしかも耐放射線性を備えた電子部品が、これまで一般に供給されていなかったことにある。
【０００７】
デジタルデータ圧縮のためのごく自然な方法は、レーダエコー信号をサンプリングするためのサンプリングレートと、そのサンプリングに付随するアンチエイリアシングフィルタとを、レーダエコー信号の信号帯域幅に適応させるという方法である。かかる方法は、例えばTerraSAR-X衛星、TanDEM-X衛星、PAZ衛星などの人工衛星に採用されている。これら人工衛星では、サンプリングレートを下記のように３通りのレートに設定できるようにしている。
信号帯域幅が１００ＭＨｚであればサンプリングレートを１１０ＭＨｚとする
信号帯域幅が１５０ＭＨｚであればサンプリングレートを１６５ＭＨｚとする
信号帯域幅が３００ＭＨｚであればサンプリングレートを３３０ＭＨｚとする
また、アナログの形式のアンチエイリアシングフィルタを通した後にサンプリングを行うようにすることで、受信ノイズの関するペクトル制限を行っている。
【０００８】
かなり以前から一般に採用されている、もうひとつのデータ圧縮方法として、デランピングと呼ばれている方法がある。この方法は、時間−周波数平面上で変換を行うことにより、ローパスフィルタ処理によって「所望の」信号を抽出できるようにしたものである。残念なことに、デランピングは図３で示されるような非常に特殊なケースでのみ役立つ。同図に示したのは、周波数−時間ダイアグラムで表されたスペクトル図であり、白色の領域は、周波数−時間ドメインにおける、ＳＡＲエコー信号のうちの有用データの部分を表しており、網掛けをした長方形の領域は、保存されるデータの全体量を表している。ＳＡＲのスワス幅に対するチャープパルスの長さの比が大きい場合（図３の左上図）には、保存されるデータ量がデランピングによって大幅に圧縮されるが（図３の左下図）、スワス幅が大きい場合には効果が認められない（右上図及び右下図）。
【０００９】
以上に説明した２つの方法はいずれも、受信信号の特性を存分に利用していない。互いに大きく異なる幾つものＳＡＲモードを備えたレーダ設備には、これらの方法よりも、はるかに融通性に富んだデータ圧縮方法が必要とされている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、ＳＡＲなどのレーダのデータ圧縮を、より好適に行えるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的は、夫々の独立請求項に記載した特徴を備えたそれら独立請求項の主題により達成される。従属請求項の主題は本発明を実施するための実施形態に係るものである。
【００１２】
本発明の基礎を成す概念は以下の通りである。先ず、レーダで探査すべき対象領域に応じて、また特にＳＡＲのスワス幅に応じて、送出したレーダ信号（これはチャープ状の送信信号である）に応じて受信したレーダエコー信号に適用する受信時間窓を設定し、また、受信したレーダエコー信号を複数のスペクトルサブ帯域に分割し、そして、複数のスペクトルサブ帯域に夫々が対応した複数のサブ帯域時間窓を設定する。それら複数のサブ帯域時間窓は、先に設定した受信時間窓の内部に位置する時間窓である。以上によって、受信したレーダエコー信号に含まれる有用情報内容の全てが複数のサブ帯域時間窓のいずれかに包含される。複数のサブ帯域時間窓は、レーダエコー信号の受信時刻に応じて受信時間窓の内部において活性化される。受信したレーダエコー信号をサンプリングするためのサンプリングレートは、各々のサンプリング時刻に活性化されているサブ帯域時間窓の個数に応じて調節される。換言するならば、以上に記載した本発明の方式では、サンプリングレートを可変とし、それによってレーダの受信データの圧縮を可能にしている。尚、本発明に関して使用する「チャープ状の送信信号」とは、その周波数がひとつまたは複数の周波数領域において変化する送信信号、即ち、送信周波数が時間と共に変化する送信信号を意味している。チャープ状の送信信号の代表的な例としては、線形や非線形、特に、指数関数的なチャープ又はチャープ信号がある。ただし、最大限に一般化して述べるならば、本発明の目的を達成する上で、送信信号は、そのスペクトル図が１つまたは複数の周波数領域に亘って明確に所定の変化をするようなものでありさえすればよい。その具体例を挙げるならば、本発明における送信信号は、そのスペクトル図が直線的な変化を呈するものに限られず、任意の曲線的な変化を呈するものであってもよい。これに関して本質的な事項は、送信パルス（送信信号）の周波数の変化に伴って、その送信信号の短時間スペクトル図が明確に所定の変化をするということだけであり、それによって、チャープ状の送信信号により発生する受信信号に対応したサブ帯域時間窓を適切に設定でき、ここでいう適切な設定とは、受信したレーダエコー信号に含まれる有用情報内容の略々全てがいずれかのサブ帯域時間窓に包含され、そして、複数のサブ帯域時間窓のうちの少なくとも一部のサブ帯域時間窓の長さがレーダエコー信号の全体の長さより小さくなるようにすることができる設定である。
【００１３】
本発明の実施の形態は、レーダの受信データの圧縮方法に関するものであり、この方法は、チャープ状の送信信号により発生したレーダエコー信号を受信するステップと、レーダで探査すべき対象領域に応じてレーダエコー信号の受信時間窓を設定するステップと、受信したレーダエコー信号を複数のスペクトルサブ帯域に分割するステップと、前記複数のスペクトルサブ帯域に夫々が対応した複数のサブ帯域時間窓を設定するステップと、レーダエコー信号の受信時刻に応じてレーダエコー信号の受信時間窓の内部において前記複数のサブ帯域時間窓を個々に活性化するステップと、各々のサンプリング時刻に活性化されているサブ帯域時間窓の個数に応じて調節されるサンプリングレートでレーダエコー信号をサンプリングするステップとを含むことを特徴とする。
【００１４】
また特に、前記複数のサブ帯域時間窓の夫々の活性化のためのスイッチオン時刻及びスイッチオフ時刻を、レーダエコー信号の受信時間範囲のうちレーダによって探査される対象領域に関する情報を含む部分が、前記複数のサブ帯域窓によってカバーされるように、選定するようにするとよい。
【００１５】
前記複数のスペクトルサブ帯域を、前記複数のスペクトルサブ帯域が互いに略々等しい大きさのスペクトル領域を有するように選定するとよい。
【００１６】
また更に、レーダエコー信号のスペクトルと前記複数のスペクトルサブ帯域の個数Ｍとに応じてサンプリングレート基準値Ｆｓ／Ｍを設定し、該サンプリングレート基準値に基づいてサンプリングレートを調節するとよい。
【００１７】
受信レーダエコー信号を前記複数のスペクトルサブ帯域に分割する際に、各々のスペクトルサブ帯域が少なくとも１つの隣在スペクトルサブ帯域と直接的に境界を接しているようにするのもよい。
【００１８】
圧縮した受信データとして、特に、レーダエコー信号のサンプリング値とサブ帯域時間窓を活性化するためのスイッチオン時刻及びスイッチオフ時刻の時刻値とを併せて出力するようにするとよい。
【００１９】
圧縮した受信データにブロック適応量子化処理を施して当該データを更に圧縮するようにするのもよい。
【００２０】
本発明の別の実施の形態は、本明細書に記載の本発明に係る方法によりレーダの受信データを圧縮する際のデータ処理方法に関するものであり、この方法は、受信データにより表されている信号を複数のスペクトルサブ帯域に分割すると共に、該複数のスペクトルサブ帯域の個数に応じてサンプリングレートを低下させるように構成されたフィルタバンクを用いて、前記信号にデジタルフィルタ処理を施すことを特徴とする。
【００２１】
フィルタバンクとして、特に、変形ＤＦＴフィルタバンクを用いるようにするとよい。
【００２２】
本発明の更なる実施の形態はコンピュータプログラムに関するものであり、このコンピュータプログラムは、このコンピュータプログラムがコンピュータで実行されることによって本明細書に記載の本発明に係る方法の全ての方法ステップが実施されるようにするプログラムコードを備える。
【００２３】
更に、本発明の実施の形態はデータ記録媒体に関するものであり、このデータ記録媒体は、コンピュータにより実行可能な本明細書に記載の本発明に係るコンピュータプログラムのプログラムコードを記録する。
【００２４】
本発明の更なる実施の形態は、レーダの受信信号を圧縮するための装置に関するものであり、この装置は、チャープ状の送信信号により発生したレーダエコー信号を受信するための、レーダで探査すべき対象領域に応じてレーダエコー信号の受信時間窓を設定するように構成された受信装置と、受信したレーダエコー信号を複数のスペクトルサブ帯域に分割し、前記複数のスペクトルサブ帯域に夫々が対応した複数のサブ帯域時間窓を設定し、レーダエコー信号の受信時刻に応じてレーダエコー信号の受信時間窓の内部において前記複数のサブ帯域時間窓を個々に活性化し、更に、前記活性化されているサブ帯域時間窓の個数に応じて調節されるサンプリングレートでレーダエコー信号をサンプリングするように構成されたデータ圧縮手段とを備えたことを特徴とする。
【００２５】
データ圧縮手段は、特に、本明細書に記載の本発明に係る方法を実施するように構成されているようにするとよい。
【００２６】
本発明の更なる実施の形態は、本明細書に記載の本発明に係るレーダの受信データを圧縮するための装置により圧縮されるレーダの受信データに処理を施すための装置に関するものであり、この装置は、受信データにより表されている信号にデジタルフィルタ処理を施すためのフィルタバンクを備え、該フィルタバンクは、受信データにより表されている信号を複数のスペクトルサブ帯域に分割し、且つ、該複数のスペクトルサブ帯域の個数に応じてサンプリングレートを低下させるように構成されていることを特徴とする。
【００２７】
特に、そのフィルタバンクは変形ＤＦＴフィルタバンクとするのがよい。
【００２８】
本発明のその他の利点並びに用途については、図示した実施の形態に関する以下の説明により明らかとなる。
【００２９】
明細書、特許請求の範囲、要約書、及び図面に使用されている用語並びに参照符号については、本明細書末尾の符号の説明の記載を参照されたい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】飛行ＳＡＲシステムがＳＡＲ画像を生成するときの撮像状況に関するジオメトリを示した図である。
【図２】周波数−時間ダイアグラムで表されたスペクトル図であり、ＳＡＲシステムのレーダ受信信号の中でのターゲットエコー信号の位置を併せて示した図である。
【図３】ＳＡＲシステムが受信したレーダエコー信号を表している有用データのスペクトル図であり、デランピング処理を施す前と施した後とを示した図である。
【図４】ＳＡＲシステムが受信したレーダエコー信号における有用データを示したスペクトル図であり、サンプリングレートをレーダエコー信号の信号帯域幅の現在値に適応させるようにした本発明に係るフィルタ処理によるデータ圧縮を施す前と施した後とを示した図である。
【図５】本発明の実施形態に係るＳＡＲシステムの受信データの圧縮方法を示したフローチャートである。
【図６】レーダエコー信号であるレーダ受信信号のスペクトル図であり、本発明に従ってレーダ受信信号が分割された複数のスペクトルサブ帯域と、本発明に従って設定されたサブ帯域時間窓とを示した図である。
【図７】本発明に従ってデータ圧縮されたレーダ受信信号に、本発明に従って処理を施すために用いられるＭＤＦＴフィルタバンクのエイリアシングを示した図である。
【図８】データ圧縮が施されていないオリジナルのＳＡＲデータにおけるレーダパルスのスペクトル図と、本発明に係るデータ圧縮が施されたＳＡＲデータにおけるレーダパルスのスペクトル図とを示した図である。
【図９】本発明の実施形態に係るレーダの受信データを圧縮するための装置を備えたＳＡＲシステムのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下の説明において、互いに同一ないし同等の構成要素、互いに機能的に同一ないし同等の構成要素、それに互いに機能的に関連性のある構成要素には、同一の参照符号を付すことがある。また、以下の説明において、具体的な数値を提示することがあるが、そのような数値は具体例として提示するものであって、本発明の範囲を限定するものではない。
【００３２】
以下に説明する方法は、点状のターゲットを検出するための方法に限定されるものではなく、単に信号特性を説明するためのものである。また、以下の説明では、レーダ信号、（レーダ）エコー（信号）、（レーダ）受信信号、ターゲットエコー、受信した（ないしは受信する）信号、等々の用語を使用するが、これらの用語はいずれも、受信レーダ信号を意味するものである。
【００３３】
本発明においては、受信したレーダエコー信号をサンプリングするためのサンプリングレートを、その受信レーダ信号の信号帯域幅に適応させることによって、受信レーダ信号の保存データ量を最適化できるようにする。保存されたデータ量（図４の左図の網掛けをした長方形）のうち、可及的に、有用データ（図４の左図の白色の領域）だけを残すように、不要データの排除を行う。また特に、図４の右図の淡色の網掛けをした領域のデータをフィルタ処理により除去することで、保存データ量の大幅な削減を可能にする。
【００３４】
以下に図５のフローチャートを参照しつつ、本発明に係るＳＡＲシステムの受信データの圧縮方法について説明する。図５のフローチャートは、本発明に係る受信データ圧縮方法の個々の方法ステップを示したものである。この方法は、例えば、コンピュータのプロセッサが実行するコンピュータプログラムに、アルゴリズムの形で組込むようにしてもよく、ここでいうコンピュータのプロセッサとは、例えば、データ圧縮処理などのデータ処理を行うためにＳＡＲ衛星に搭載されているコンピュータのプロセッサなどである。或いはまた、この方法は、レーダエコー信号を受信するための受信装置と、後述する複数の方法ステップを実施するデータ圧縮手段とを備えた装置によって実施されるようにしてもよい。その場合には、受信装置の一部ないしデータ圧縮手段の一部が、少なくとも部分的に、プロセッサが実行するソフトウェアにより構成されているようにするとよい。或いはまた、受信装置の機能ないしデータ圧縮手段の少なくともいくつかの機能を実現するために、固有の部品を使用することもできる。
【００３５】
本発明に係る方法を用いてデータ圧縮を行うことにより、ＳＡＲ衛星と、ＳＡＲプロセッサ即ち、ＳＡＲデータにデータ処理を施して画像を生成するための装置との間の伝送信号帯域幅の利用効率を高めることができる。尚、本発明に係るデータ圧縮方法について、特に、図６に示したレーダエコー信号のスペクトル図を参照しつつ以下に説明する。
【００３６】
先ずステップＳ１０において、レーダエコー信号を受信する。レーダエコー信号については図１に参照符号２２及び２４で示したものを併せて参照されたい。受信したレーダエコー信号は、送出したレーダ信号の周波数帯域幅に対応した周波数帯域幅を有する信号である。また、送出したレーダ信号はチャープ状の送信信号、特に、チャープ信号である。受信したレーダエコー信号の典型的なスペクトル図を、具体例として図６の上図に示した。同図に示したスペクトル図は、受信信号を時間−周波数平面上で表したものである。
【００３７】
本明細書の冒頭部において、図１に示した状況に即して説明したように、ある領域がレーダで探査すべき対象領域として規定されたならば、ステップ１２において、その対象領域に応じてレーダエコー信号の受信時間窓を設定する。対象領域の範囲は、領域内の最近距離ターゲットからのエコーと最遠距離ターゲットからのエコーとで表される。これについては図２を併せて参照されたい。
【００３８】
ステップＳ１４では、受信信号を、即ち受信したレーダエコー信号を、対応したフィルタなどを用いて複数のスペクトルサブ帯域に分割する。この分割は、複数のスペクトルサブ帯域が互いに略々等しい大きさのスペクトル領域を持つような、即ち、それらスペクトルサブ帯域の周波数帯域幅が互いに略々等しくなるような分割とするとよい。また特に、この分割は、各々のスペクトルサブ帯域が少なくとも１つの隣在スペクトルサブ帯域と直接的に境界を接しているような分割とするのもよい。ここで直接的に境界を接しているというのは、境界を挟んで隣り合う２つのスペクトルサブ帯域がその境界において部分的に重なり部を有する場合や、隣り合う２つのスペクトルサブ帯域の間に小さな周波数ギャップが存在する場合も含まれる。かかる分割の仕方とすることによって、レーダエコー信号の周波数スペクトルを、実質的に連続した複数のスペクトルサブ帯域に分割することができる。ただし、これと異なる分割の仕方とすることも考えられ、例えば、隣り合う２つのスペクトルサブ帯域の間に特定の離隔幅を有する周波数ギャップが存在するようにしてもよく、そうすることで、分割に用いるフィルタの勾配を小さくすることができる。尚、レーダエコー信号をこのように分割するための分割処理は、一度の分割処理で全てのスペクトルサブ帯域を得るような処理とする必要はなく、ひとつのスペクトルサブ帯域を得る分割処理を複数回行うような処理としてもよい。図６の例では、レーダエコー信号のスペクトルの周波数帯域Ｆｓを６個のスペクトルサブ帯域に分割している（Ｍ＝６）。本発明に係る方法は、原理的に、スペクトルに周波数ギャップが存在するような受信信号を取扱うのにも適したものである。特に、受信信号のスペクトルに存在する周波数ギャップと、互いに隣り合う２つのスペクトルサブ帯域の間の境界とを一致させるようにすれば、それら２つのスペクトルサブ帯域が互いに直接的に境界を接しているようにする必要はなくなる。即ち、受信信号のスペクトルの周波数ギャップに対応した位置に、それらスペクトルサブ帯域の間の周波数ギャップが存在するようにすればよい。尚、後に、受信信号を再構築するためには、入力信号である受信信号のスペクトルの全領域が、分割後の複数のスペクトルサブ帯域によってカバーされるようにすることが重要である。
【００３９】
ステップＳ１６では、受信時間窓の内部に複数のサブ帯域時間窓を設定する。このサブ帯域時間窓の設定においては、複数のスペクトルサブ帯域に含まれているレーダエコー信号の情報内容の全てが、それら複数のスペクトルサブ帯域に夫々が対応した複数のサブ帯域時間窓の中に包含されるように設定を行う。図６に示したように、複数のスペクトルサブ帯域に夫々が対応した複数のサブ帯域時間窓は、それらの時間軸上の位置が互いにずれている。スペクトルサブ帯域の信号のうち、サブ帯域時間窓の外側の部分（図６における濃色の網掛けの部分）は廃棄してかまわない。
【００４０】
ステップ１８では、レーダエコー信号の受信時刻に応じてレーダエコー信号の受信時間窓の内部において複数のサブ帯域時間窓を個々に活性化する。図６に示した例では、６個のサブ帯域時間窓が互いに異なった時刻に活性化され、再び不活性化されている。個々のサブ帯域時間窓の活性化時刻は、レーダで探査すべき対象領域に応じて、また、その対象領域から反射して返される個々のスペクトルサブ帯域におけるエコーの受信時刻に応じて設定される。図６に示した例では、夫々のサブ帯域時間窓のスイッチオン時刻は、受信時間窓の開始時刻Ｔ０を起点として、そこから所定時間間隔ｄＴの整数倍だけずれた時刻に設定されている（レーダエコー信号の情報内容の全体を検出する上で５個のサブ帯域時間窓を考慮するだけでよいならば、下記のようになる）。
第１スペクトルサブ帯域のサブ帯域時間窓のスイッチオン時刻
ｔ＝Ｔ０＋０×ｄＴ
第２スペクトルサブ帯域のサブ帯域時間窓のスイッチオン時刻
ｔ＝Ｔ０＋１×ｄＴ
第３スペクトルサブ帯域のサブ帯域時間窓のスイッチオン時刻
ｔ＝Ｔ０＋２×ｄＴ
第４スペクトルサブ帯域のサブ帯域時間窓のスイッチオン時刻
ｔ＝Ｔ０＋３×ｄＴ
第５スペクトルサブ帯域のサブ帯域時間窓のスイッチオン時刻
ｔ＝Ｔ０＋４×ｄＴ
【００４１】
図６に示した例では、夫々のサブ帯域時間窓のスイッチオフ時刻は、受信時間窓の開始時刻Ｔ０を起点として、そこからフェーズ交替に要する時間ｄＴｗと、更に所定時間間隔ｄＴの整数倍だけずれた時刻に設定されている（レーダエコー信号の情報内容の全体を検出する上で５個のサブ帯域時間窓を考慮するだけでよいならば、下記のようになる）。
第１スペクトルサブ帯域のサブ帯域時間窓のスイッチオフ時刻
ｔ＝Ｔ０＋４×ｄＴ＋ｄＴｗ＋０×ｄＴ
第２スペクトルサブ帯域のサブ帯域時間窓のスイッチオフ時刻
ｔ＝Ｔ０＋４×ｄＴ＋ｄＴｗ＋１×ｄＴ
第３スペクトルサブ帯域のサブ帯域時間窓のスイッチオフ時刻
ｔ＝Ｔ０＋４×ｄＴ＋ｄＴｗ＋２×ｄＴ
第４スペクトルサブ帯域のサブ帯域時間窓のスイッチオフ時刻
ｔ＝Ｔ０＋４×ｄＴ＋ｄＴｗ＋３×ｄＴ
第５スペクトルサブ帯域のサブ帯域時間窓のスイッチオフ時刻
ｔ＝Ｔ０＋４×ｄＴ＋ｄＴｗ＋４×ｄＴ
【００４２】
図６に示したサブ帯域の時間窓の設定の仕方はひとつの具体例を示したに過ぎず、またその所定時間間隔ｄＴは様々な長さとなり得る。
【００４３】
ステップＳ２０では、レーダエコー信号のサンプリングを行う。そのサンプリングのためのサンプリングレートは、レーダエコー信号の信号帯域幅に応じたレートとするようにしており、即ち、そのサンプリングレートは、各々のサンプリング時刻に活性化されているサブ帯域時間窓の個数に応じて調節される。また、そのサンプリングレートは、サンプリングレート基準値に応じて調節されるようにするのもよく、そうすれば、そのサンプリングレートを、レーダエコー信号のスペクトルの帯域幅とスペクトルサブ帯域の個数とに応じて設定することができる。図６の例では、スペクトルサブ帯域の個数が６個（Ｍ＝６）であり、レーダエコー信号のスペクトルの帯域幅がＦｓであることから、サンプリングレート基準値をＦｓ／Ｍに設定した上で、各々のサンプリング時刻に活性化されているサブ帯域時間窓の個数に応じてそのサンプリングレートの値を、Ｆｓ／６、２×Ｆｓ／６、３×Ｆｓ／６、４×Ｆｓ／６、または、５×Ｆｓ／６に調節すればよい。こうすることでサンプリングレートは時間と共に階段状に変化することになる。またこうすることで特に、サンプリングレートが、その時点でサンプリングの対象として選択されているスペクトルサブ帯域の個数に「従って」決まることになり、よって、そのサンプリングレートは、その時点でサブ帯域時間窓が活性化されているスペクトルサブ帯域におけるサンプリングレートの総和となる。
【００４４】
ステップＳ２２では、以上のようにしてレーダエコー信号を圧縮して得られた圧縮受信データとして、サンプリングレートとサブ帯域時間窓を活性化するためのスイッチオン時刻及びスイッチオフ時刻とを併せて出力する。こうして出力される圧縮受信データは、更に転送されるか、或いは格納される。
【００４５】
スペクトルサブ帯域信号（スペクトルサブ帯域においてサンプリングした信号）のサンプリングの開始時刻及び終了時刻であるサブ帯域時間窓のスイッチオン時刻及びスイッチオフ時刻を適切に設定することによって、周波数変調が非直線形のチャープ信号を使用することも可能になる。また、受信信号のスペクトルの全体をひとつのデータとする必要はなく、複数のデータに分けるようにしてもよい。
【００４６】
スペクトルサブ帯域信号にブロック適応量子化（ＢＡＱ）処理を施すことで、そのデータ量を更に圧縮するようにするのもよく、ＢＡＱについて記載した文献には「"Synthetic Aperture Radar Systems and Signal Processing”, Curlander John C. and McDonough Robert N., New York, John Wiley & Sons, Inc., 1991年」がある。
【００４７】
受信レーダ信号に更なる処理を施すためには、スペクトルサブ帯域信号から元の受信レーダ信号を適宜に再構築する必要がある。受信レーダ信号を複数のスペクトルサブ帯域に分割することも、また、元の受信レーダ信号を再構築して出力することも、いずれもフィルタバンクを用いて行うことができる。そうする場合には、受信したレーダ信号を例えば１６個の（Ｍ＝１６）互いに帯域幅が等しいスペクトルサブ帯域に分割して、それらスペクトルサブ帯域におけるサンプリングレートをＭ分の１にするようにする（限界デシメーション）。
【００４８】
一般的に、デシメーションを実施することによって、有用信号に許容限度を超える擾乱を惹起するエイリアス信号が発生する。それに対処するために、いわゆる変形ＤＦＴ（離散フーリエ変換）フィルタバンクが用いられている（変形ＤＦＴフィルタバンクについて記載した文献には「"Modified DFT filter banks with perfect reconstruction”, Karp T. and Fliege N.J., IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Analog and Digital Signal Processing、1999年、第46巻、1404-1414頁」がある）。変形ＤＦＴフィルタバンクは、構造上、エイリアス信号の一部を排除することができる。残余のエイリアス信号は、フィルタの減衰機能によって十分に抑制されるか、或いは、ミラー信号として以下の２つの作用を生じることになる。
（１）かかる信号は、外側に位置するスペクトルサブ帯域の外側縁だけに出現する。
（２）かかる信号の周波数変調の正負符号は、本来のレーダ信号の周波数変調の正負符号に対して反転している。
【００４９】
上記（１）の点について、ＭＤＦＴ（変形ＤＦＴ）フィルタバンクのエイリアシングを模式的に示した図７を参照して説明する。図中の濃色の網掛け部分は、レーダ信号のスペクトルを表している。説明の都合上、ここでは複数のスペクトルサブ帯域が、第１スペクトルサブ帯域〜第４スペクトルサブ帯域であるものとする（それらの番号は区別のためだけに付したものである）。第４スペクトルサブ帯域より上方のスペクトル領域から第４スペクトルサブ帯域への電力移動が発生し、また、第１スペクトルサブ帯域より下方のスペクトル領域から第１スペクトルサブ帯域への電力移動が発生する。これに関連して、受信装置のノイズなどの不要信号が生じることがある。ＭＤＦＴフィルタバンクでは、そのフィルタ特性並びに固有構造のために、そのような信号の電力移動は第１及び第４スペクトルサブ帯域の外側縁だけに発生する。有用信号の帯域幅が図７に示したようなものである場合には、スペクトルの重なり合いは発生しない。有用信号の帯域幅がこれより広い場合には、必然的に、更にその隣のスペクトルサブ帯域までの電力移動が発生する。スペクトルサブ帯域のスイッチオン時刻及びスイッチオフ時刻の正確な適正時刻は、信号及びノイズの電力密度に加えて、更に、フィルタエッジの勾配、フィルタの阻止帯域減衰量、それに、Ｓ／Ｎ比の目標値にも左右される。
【００５０】
上記（２）の点は、図６に示した階段状の領域に関して重要である。そこでは、対象領域（図１参照）の領域外のターゲットエコーから生じる信号電力が、電力移動が発生しないスペクトルサブ帯域のスペクトル領域に存在している。ただし、そのターゲットエコーはミラー信号であるため、周波数変調の正負符号が本来のレーダ信号の周波数変調の正負符号に対して反転している。これより後にレーダ信号に施される処理において、このようなミラー信号が相関利得を得ることはないため、このようなミラー信号は、最終的なレーダプロダクト（レーダの観測データ）の中では、例えば単なるノイズとして存在するだけとなる。そして、フィルタエッジの勾配及びフィルタの阻止帯域減衰量を考慮に入れることによって、スペクトルサブ帯域のスイッチオン時刻及びスイッチオフ時刻を、Ｓ／Ｎ比を目標値以下に低下させることのない適切な時刻に設定することができる。
【００５１】
以上に記載した本発明に係るデータ圧縮方法によってレーダ受信データを圧縮する際のデータ処理方法は、例えば、画像処理のために用いられているＳＡＲプロセッサなどのコンピュータのプロセッサが実行するコンピュータプログラムにアルゴリズムの形で組込むようにしてもよい。或いはまた、このデータ処理方法は、受信データにより表されている信号にデジタルフィルタ処理を施すためのフィルタバンクを備えた装置により実施されるようにしてもよく、その場合のフィルタバンクは、例えば、変形ＤＦＴフィルタバンクなどであって、上述したように、受信データにより表されている信号を複数のスペクトルサブ帯域に分割し、且つ、それら複数のスペクトルサブ帯域の個数に応じてサンプリングレートを低下させるように構成されているものとすればよい。またその場合に、そのフィルタバンクの一部が、少なくとも部分的に、プロセッサが実行するソフトウェアにより構成されているようにしてもよい。或いはまた、そのフィルタバンクの機能のうちの少なくとも幾分かを、例えばＦＰＧＡ（フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ）などの特定用途向け部品に担わせるようにするのもよい。
【００５２】
図８に実施形態として示したのは、受信レーダエコー信号のスペクトル図であり、データ圧縮が施されていない場合と施されている場合とを示したものである。より詳しく説明すると、それらはレーダエコー信号（レーダエコーパルス）のスペクトル図であって、TerraSARの記録データの一部であるＳＡＲデータを、データ圧縮を施さずにそのまま（オリジナルのデータのまま）示したもの（上図）と、それにデータ圧縮を施した上で示したもの（下図）である。これらスペクトル図において、周波数は±πの範囲にスケーリングしてあり、時間軸は任意スケールとしてある。ここに示した具体例では、データ圧縮率の値は４３％となっている。
【００５３】
図９に示したのは、本発明に係るデータ圧縮装置を備えたＳＡＲシステムである。このデータ圧縮装置は、受信したレーダエコー信号を複数のスペクトルサブ帯域に分割するスペクトル解析装置５０を備えており、また、スペクトルサブ帯域選択装置５２を備えている。スペクトルサブ帯域選択装置５２は、複数のスペクトルサブ帯域に夫々が対応した複数のサブ帯域時間窓を設定し、レーダエコー信号の受信時刻に応じてレーダエコー信号の受信時間窓の内部において複数のサブ帯域時間窓を活性化し、更に、各々のサンプリング時刻に活性化されているサブ帯域時間窓の個数に応じて調節されるサンプリングレートでレーダエコー信号をサンプリングする。かくして生成されたレーダエコー信号の圧縮された受信データは、例えば無線伝送路などの適宜の伝送路５４を介してＳＡＲ合成装置５６へ伝送される。ＳＡＲ合成装置５６はＳＡＲプロセッサで構成されており、そのレーダエコー信号の圧縮受信データから、上述したようにしてオリジナルのレーダエコー信号を再構築する。
【符号の説明】
【００５４】
１０  チャープ信号
１２  ＳＡＲシステム
１４  ＳＡＲシステム１２の照射領域
１６  ＳＡＲシステム１２が画像を生成する対象領域
１８  領域１６内のＳＡＲシステム１２から最近距離にあるターゲット
２０  領域１６内のＳＡＲシステム１２から最遠距離にあるターゲット
２２  ターゲット１８のレーダエコー信号
２４  ターゲット２０のレーダエコー信号
５０  スペクトル解析装置
５２  スペクトルサブ帯域選択装置
５４  圧縮ＳＡＲデータの伝送路
５６  ＳＡＲ合成装置
【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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