(57)【要約】【課題】目標の移動に伴う位相変化を補償し、クロスレンジ分解能の劣化を防止できるレーダ装置を得る。【解決手段】アンテナ１を介して高周波信号を目標９に照射し、目標９からの反射信号を受信する送受信機２と、受信信号をレンジ圧縮してレンジ方向の分解能を向上するレンジ圧縮手段３と、レンジ圧縮後の信号から目標９の反射信号の基準点候補を検出する基準点候補検出手段６と、その候補の１つから基準点を選択する基準点選択手段７と、基準点の位相補償量を算出する位相補償量算出手段８と、算出された位相補償量を用いてレンジ圧縮後の信号を位相補償し、クロスレンジ圧縮を行うクロスレンジ圧縮手段４と、クロスレンジ圧縮手段４の出力に基づいてＩＳＡＲ画像を生成するＩＳＡＲ画像化手段５とを備える。【選択図】　　　　図１
2004020380.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信機と、上記送信機が発生する高周波信号を目標に照射すると共に、上記目標からの反射信号を受信する送受信アンテナと、上記目標からの反射信号を受信する受信機と、上記受信機の出力信号をレンジ圧縮して上記高周波信号の照査方向の分解能を向上するレンジ圧縮手段と、上記レンジ圧縮手段の出力信号に基づいて上記目標からの反射信号の基準点候補を検出する基準点候補検出手段と、検出された上記基準点候補から基準点を選択する基準点選択手段と、選択された上記基準点から位相補償量を算出する位相補償量算出手段と、算出された上記位相補償量を用いて上記レンジ圧縮手段の出力信号を位相補償して、上記高周波信号の照射方向と交差する方向の分解能を向上するクロスレンジ圧縮手段と、上記クロスレンジ圧縮手段の出力からＩＳＡＲ画像を生成するＩＳＡＲ画像化手段とを備えたことを特徴とするレーダ装置。
【請求項２】
上記ＩＳＡＲ画像化手段が生成したＩＳＡＲ画像を評価するＩＳＡＲ画像評価手段をさらに備え、上記基準点選択手段は、評価結果が所定の評価基準を満足するまで基準点を繰り返し選択することを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
【請求項３】
送信機が発生する高周波信号を目標に照射し、上記目標からの反射信号を受信し、受信信号をレンジ圧縮して上記高周波信号の照査方向の分解能を向上し、レンジ圧縮された信号に基づいて上記目標からの反射信号の基準点候補を検出し、検出された上記基準点候補から基準点を選択し、選択された上記基準点から位相補償量を算出し、算出された上記位相補償量を用いて上記レンジ圧縮された信号を位相補償し、クロスレンジ圧縮して上記高周波信号の照射方向と交差する方向の分解能を向上し、クロスレンジ圧縮された信号からＩＳＡＲ画像を生成することを特徴とするＩＳＡＲ画像の視認性向上方法。
【請求項４】
生成された上記ＩＳＡＲ画像を評価し、その評価結果が所定の評価基準を満足するまで基準点を繰り返し選択することを特徴とする請求項３に記載のＩＳＡＲ画像の視認性向上方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、目標とレーダ装置との間の相対位置関係の変化に基づく反射信号の変化、および送信周波数の変化に基づく反射信号の変化を利用することにより、目標物の高分解能な画像を得ることのできるレーダ装置（ＩＳＡＲ）、およびＩＳＡＲ画像の視認性向上方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の高分解能レーダ装置としては、例えば、特開平７−９２２５７号公報に記載されたものがある。
図７は、特開平７−９２２５７号公報等に示された従来の高分解能レーダ装置の基本的な構成を示すブロック図である。
図において、１は高周波電力を空間に放射し、また、目標で反射された信号を受信する送受信アンテナ、２は送受信アンテナ１から放射する電力を発生・供給するとともに、受信した信号を位相検波・増幅する送受信機（コーヒレント送受信機）、３は送受信アンテナ１と目標との距離に関する分解能を向上するレンジ圧縮手段、４は目標の方位に関する分解能を向上するクロスレンジ圧縮手段、５はレンジ圧縮手段３とクロスレンジ圧縮手段４の出力からＩＳＡＲ（Ｉｎｖｅｒｓｅ　Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ　Ａｐｅｒｔｕｒｅ　Ｒａｄｅｒ：逆合成開口レーダ）画像を生成して表示するＩＳＡＲ画像化手段、９は艦船等の目標である。
【０００３】
次に動作について説明する。
図７に示した送受信機２は、時間とともに周波数が変化する信号に変調された高周波パルスを発生し、送受信アンテナ１に供給され、目標９に向かって放射される。
そして、目標９で反射された信号は、送受信アンテナ１に入り、送受信機２で復調される。
【０００４】
この復調された信号は、レンジ圧縮手段３において、変調された送信信号に対応するマッチドフィルタをかけることにより、レンジ方向（即ち、電波放射方向）の分解能を向上することができる。
なお、「レンジ圧縮手段３によりレンジ方向の分解能を向上できる」ことの説明については、特開平７−９２２５７号公報の段落０００４〜段落０００５の記載を参照されたい。
【０００５】
図８は、動揺している目標９の各反射点の状態を示す図である。
ここで、図８を用いて、クロスレンジ圧縮の動作原理を説明する。
目標９が動揺している場合、送受信アンテナ１からの高周波信号の照射方向（即ち、レンジ方向）と交差する方向（即ち、レンジ方向と直交する方向であるクロスレンジ方向）に反射点Ａ、反射点Ｂ、反射点Ｃを考える。
ここで、反射点Ｃは目標９の重心とし、目標９は重心を中心として動揺しているものとする。
目標９の動揺に伴い反射点Ａ、反射点Ｂは送受信アンテナ１からの高周波信号の照射方向に対して移動が発生する。
このため、その移動量に起因するドップラ周波数が発生する。
重心である反射点Ｃは動揺の中心であるため、移動は発生せず、ドップラ周波数は０となる。
【０００６】
図９は、動揺している目標の各反射点のドップラ周波数を示す図である。
図において、ｆｄ（Ａ）は反射点Ａのドップラ周波数、ｆｄ（Ｂ）は反射点Ｂのドップラ周波数である。
従って、レンジ圧縮された信号をクロスレンジ圧縮手段４において複数ヒット蓄積し、フーリエ変換することにより、図９に示すとおり、周波数軸上で反射点Ａ、反射点Ｂ、反射点Ｃを分離することができ、クロスレンジ方向の分解能向上をはかることができる。
なお、「ヒット」とは「レーダの送信」のことである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、クロスレンジ方向の高分解能化には、目標の動揺を利用している。
ここで、目標がレンジ方向に加速度成分を含む移動をしていた場合、その加速度に起因するドップラ周波数の変化により、クロスレンジ方向の分解能が劣化してしまう。
このため、クロスレンジ方向の分解能の劣化を回避するために、目標のレンジ方向の加速度成分を算出し、補償する必要がある。
【０００８】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、送受信アンテナに対する目標の相対速度が変化しても、クロスレンジ方向の分解能を劣化させることなく目標の高分解能な画像を得ることのできるレーダ装置およびＩＳＡＲ画像の視認性向上方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るレーダ装置は、送信機と、上記送信機が発生する高周波信号を目標に照射すると共に、上記目標からの反射信号を受信する送受信アンテナと、上記目標からの反射信号を受信する受信機と、上記受信機の出力信号をレンジ圧縮して上記高周波信号の照査方向の分解能を向上するレンジ圧縮手段と、上記レンジ圧縮手段の出力信号に基づいて上記目標からの反射信号の基準点候補を検出する基準点候補検出手段と、検出された上記基準点候補検から基準点を選択する基準点選択手段と、選択された上記基準点から位相補償量を算出する位相補償量算出手段と、算出された上記位相補償量を用いて上記レンジ圧縮手段の出力信号を位相補償して、上記高周波信号の照射方向と交差する方向の分解能を向上するクロスレンジ圧縮手段と、上記クロスレンジ圧縮手段の出力からＩＳＡＲ画像を生成するＩＳＡＲ画像化手段とを備えたものである。
【００１０】
また、本発明に係るレーダ装置は、上記ＩＳＡＲ画像化手段が生成したＩＳＡＲ画像を評価するＩＳＡＲ画像評価手段をさらに備え、上記基準点選択手段は、評価結果が所定の評価基準を満足するまで基準点を繰り返し選択するものである。
【００１１】
また、本発明に係るＩＳＡＲ画像の視認性向上方法は、送信機が発生する高周波信号を目標に照射し、上記目標からの反射信号を受信し、受信信号をレンジ圧縮して上記高周波信号の照査方向の分解能を向上し、レンジ圧縮された信号に基づいて上記目標からの反射信号の基準点候補を検出し、検出された基準点候補から基準点を選択し、選択された上記基準点から位相補償量を算出し、算出された上記位相補償量を用いて上記レンジ圧縮された信号を位相補償し、クロスレンジ圧縮して上記高周波信号の照射方向と交差する方向の分解能を向上し、クロスレンジ圧縮された信号からＩＳＡＲ画像を生成するものである。
【００１２】
また、本発明に係るＩＳＡＲ画像の視認性向上方法は、生成された上記ＩＳＡＲ画像を評価し、その評価結果が所定の評価基準を満足するまで基準点を繰り返し選択するものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態について、図面に基づいて説明する。
なお、従来と同一符号は、従来のものと同一あるいは相当のものを表す。
実施の形態１．
本実施の形態によるレーダ装置およびＩＳＡＲ画像の視認性向上方法は、レンジ圧縮手段の出力に基づき基準点を検出し、位相補償量を算出し、クロスレンジ圧縮を実施することで、クロスレンジ方向の分解能向上をはかるものである。
【００１４】
図１は、実施の形態１によるレーダ装置の構成を示すブロック図である。
図１において、１は高周波電力を空間に放射し、また目標で反射された信号を受信する送受信アンテナ、２は送受信アンテナ１で放射する電力を発生・供給する送信機と、受信した信号を位相検波・増幅する受信機とからなる送受信機（コーヒレント送受信機）、３は送受信アンテナ１と目標との距離に関する分解能を向上するレンジ圧縮手段、４は目標の方位に関する分解能を向上するクロスレンジ圧縮手段、５はレンジ圧縮手段３とクロスレンジ圧縮手段４の出力からＩＳＡＲ（Ｉｎｖｅｒｓｅ　Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ　Ａｐｅｒｔｕｒｅ　Ｒａｄｅｒ：逆合成開口レーダ）画像を生成するＩＳＡＲ画像化手段、６はレンジ圧縮手段３からの出力に基づき、基準点の候補を算出する基準点候補検出手段、７は基準点候補検出手段から出力される基準点から１つの基準点を選択する基準点選択手段、８は基準点選択手段の出力である基準点に基づき位相補償量を算出する位相補償量算出手段、９は目標である。
【００１５】
次に、動作について説明する。
図１に示した送受信機２は、時間とともに周波数が変化する信号に変調された高周波パルスを発生し、送受信アンテナ１に供給する。
目標９で反射された信号は、送受信アンテナ１に入り、送受信機２で復調される。
この復調された信号は、レンジ圧縮手段３において変調された送信信号に対応するマッチドフィルタをかけることにより、レンジ方向の分解能を向上することができる。
なお、マッチドフィルタについては、特開平７−９２２５７号公報の段落０００４〜段落０００５の記載を参照されたい。
ここで、基準点の選択方法であるが、基準点は位相補償量を算出するための基準となるレンジビンである。
【００１６】
なお、レンジビンとは、レーダの受信信号をレンジ方向にＡ／Ｄ変換した後の１サンプリングのことであり、レンジセル（ｒａｎｇｅ　ｃｅｌｌ）とも称される。
このレンジビン（レンジセル）に着目し、位相補償量を算出し、この補償量に基づき位相補償を実施することで、レンジ圧縮後の出力から目標の加速度成分をキャンセルすることができる。
このため、目標の加速度成分を正確に抽出するため、基準点は、目標の運動を代表するレンジビン（レンジセル）であると言える。
【００１７】
目標の運動を代表するレンジビン（レンジセル）としては、そのレンジビンに存在する反射点が１つであることが望ましい。
図２は、動揺している目標の各レンジにおける位相を説明するための図である。
図２に示すように、レンジ１には反射点Ａ、レンジ２には反射点Ｂ、反射点Ｃ、反射点Ｄが存在している。
この場合、レンジ１の位相は、反射点Ａの位相となる。また、レンジ２の位相は、反射点Ｂと反射点Ｃと反射点Ｄとの位相の合計となる。
従って、目標が剛体であると仮定した場合、レンジ１の位相（即ち、反射点Ａの位相）に着目することで、この目標の運動が代表されていると考えることができる。
【００１８】
以上から、反射点が１つであるレンジビン（レンジセル）を基準点として選択するのが理想的である。
しかし、目標は複数の反射点から構成されているのが通常である。
図３は、孤立点（後述）における位相の合成を示す図である。
図３に示すとおり、実際には、複数の反射点の合成であるが、その中でもある１つの反射点の振幅が大きいレンジビンを基準点として選択することになる。
このレンジビンを、以降、孤立点と呼ぶ。
【００１９】
基準点候補検出手段６では、上述の基準点の候補の検出を行う。
図４は、基準点候補の選択方法を説明するための図である。
図４に示すように、まず、レンジ圧縮後の出力をヒット方向（電波の送信方向）に蓄積、積算し、レンジプロファイルを算出する。
このレンジプロファイルから振幅の大きいレンジビンが孤立点の可能性があるとして、基準点の候補とする。
【００２０】
基準点選択手段７では、上述の基準点候補のから、１つの基準点を選択する。
図５は、基準点の選択方法を説明するための図である。
基準点候補検出手段６にて検出された基準点候補に対して、ＦＦＴ（高速フーリエ変換：Ｆａｓｔ　Ｆｏｕｒｉｅｒ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）を実施し、その結果、周波数方向に広がりが少なく、かつ振幅が大きい結果が得られた場合、その基準点は孤立点である可能性が高いとする。
各基準点候補に対してＦＦＴを実施し、その中でより孤立点である可能性が高いものを基準点として抽出する。
【００２１】
位相補償量算出手段８では、上述の基準点における位相の時間変化を観察し、その値が目標の運動成分であるとし、位相補償量とする。
クロスレンジ圧縮手段では、上記位相補償量を使用して、レンジ圧縮手段３の出力を補償し、ヒット方向に対してＦＦＴを実施することでクロスレンジ方向の分解能向上をはかる。
ＩＳＡＲ画像化手段５では、クロスレンジ圧縮手段の出力に対してＩＳＡＲ画像とするための処理を実施する。
【００２２】
以上説明したように、本実施の形態によれば、レンジ圧縮手段３の出力信号に基づいて基準点選択手段が目標からの反射信号から１つの基準点を検出し、この基準点から位相補償量が算出され、算出された位相補償量を用いてレンジ圧縮後の信号を位相補償し、これに対してクロスレンジ圧縮が実施されるので、送受信アンテナに対する目標の相対速度が変化してもクロスレンジ分解能を劣化させることなく目標の高分解能画像を得ることができる。
【００２３】
実施の形態２．
図６は、実施の形態２によるレーダ装置の構成を示すブロック図である。
図において、１０はＩＳＡＲ画像評価手段であり、本実施の形態によるレーダ装置は、前述の実施の形態１によるレーダ装置に対して、さらに、ＩＳＡＲ画像評価手段１０を備えたことを特徴とする。
ＩＳＡＲ画像評価手段１０は、ＩＳＡＲ画像化手段５で算出されたＩＳＡＲ画像の評価を実施し、所定の評価基準を満たさない場合は、基準点を再度選択し、位相補償量を算出する。
【００２４】
即ち、図６に示すように、ＩＳＡＲ画像化手段５の出力に対して、ＩＳＡＲ画像評価手段１０にてＩＳＡＲ画像の評価を実施し、所定の評価基準を満たさない場合、再度基準点選択手段７にて別の１つの基準点を選択し、その基準点に基づき、位相補償量算出手段８にて位相補償量を算出、クロスレンジ圧縮手段４にてクロスレンジ方向の高分解能化をはかり、ＩＳＡＲ画像化手段５にてＩＳＡＲ画像を算出する。
算出されたＩＳＡＲ画像に対して、再度ＩＳＡＲ画像評価手段１０にて評価を実施し、未だ所定の評価基準を満たさない場合には、再度基準点選択手段７から処理を再開する。
上述の処理を繰り返すことで、目標物のより視認性の高いＩＳＡＲ画像の出力を得ることができる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によるレーダ装置は、送信機と、送信機が発生する高周波信号を目標に照射すると共に、目標からの反射信号を受信する送受信アンテナと、目標からの反射信号を受信する受信機と、受信機の出力信号をレンジ圧縮して高周波信号の照査方向の分解能を向上するレンジ圧縮手段と、レンジ圧縮手段の出力信号に基づいて目標からの反射信号の基準点候補を検出する基準点候補検出手段と、検出された基準点候補から基準点を選択する基準点選択手段と、選択された基準点から位相補償量を算出する位相補償量算出手段と、算出された位相補償量を用いてレンジ圧縮手段の出力信号を位相補償して、上記高周波信号の照射方向と交差する方向の分解能を向上するクロスレンジ圧縮手段と、クロスレンジ圧縮手段の出力からＩＳＡＲ画像を生成するＩＳＡＲ画像化手段とを備えたので、
送受信アンテナに対する目標の相対速度が変化してもクロスレンジ分解能を劣化させることなく、目標の高分解能画像を得ることができるレーダ装置を実現できる。
【００２６】
また、本発明によるレーダ装置は、ＩＳＡＲ画像化手段が生成したＩＳＡＲ画像を評価するＩＳＡＲ画像評価手段をさらに備え、基準点選択手段は、評価結果が所定の評価基準を満足するまで基準点を繰り返し選択するので、目標のさらに高分解能な画像を得ることができるレーダ装置を実現できる。
【００２７】
また、本発明によるＩＳＡＲ画像の視認性向上方法は、送信機が発生する高周波信号を目標に照射し、目標からの反射信号を受信し、受信信号をレンジ圧縮して高周波信号の照査方向の分解能を向上し、レンジ圧縮された信号に基づいて目標からの反射信号の基準点候補を検出し、検出された基準点候補から基準点を選択し、選択された基準点から位相補償量を算出し、算出された位相補償量を用いてレンジ圧縮された信号を位相補償し、クロスレンジ圧縮して高周波信号の照射方向と交差する方向の分解能を向上し、クロスレンジ圧縮された信号からＩＳＡＲ画像を生成するので、
送受信アンテナに対する目標の相対速度が変化しても、クロスレンジ分解能を劣化させることなく目標の高分解能画像を得ることができるＩＳＡＲ画像の視認性向上方法を提供できる。
【００２８】
また、本発明に係るＩＳＡＲ画像の視認性向上方法は、生成された上記ＩＳＡＲ画像を評価し、その評価結果が所定の評価基準を満足するまで基準点を繰り返し選択するので、目標のさらに高分解能な画像を得ることができるＩＳＡＲ画像の視認性向上方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１によるレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図２】動揺している目標の各レンジにおける位相を示す図である。
【図３】孤立点における位相の合成を示す図である。
【図４】基準点候補の検出方法を説明するための図である。
【図５】基準点の選択方法を説明するための図である。
【図６】実施の形態２よるレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図７】従来のレーダ装置の構成を示す図である。
【図８】動揺している目標の各反射点の状態を示す図である。
【図９】動揺している目標の各反射点のドップラ周波数を示す図である。
【符号の説明】
１　アンテナ　　　　　　　　　　　　　２　送受信機
３　レンジ圧縮手段　　　　　　　　　　４　クロスレンジ圧縮手段
５　ＩＳＡＲ画像化手段　　　　　　　　６　基準点候補検出手段
７　基準点選択手段　　　　　　　　　　８　位相補償量算出手段
９　目標　　　　　　　　　　　　　　１０　ＩＳＡＲ画像評価手段
【図１】
2004020380.tif 000003
【図２】
2004020380.tif 000004
【図３】
2004020380.tif 000005
【図４】
2004020380.tif 000006
【図５】
2004020380.tif 000007
【図６】
2004020380.tif 000008
【図７】
2004020380.tif 000009
【図８】
2004020380.tif 000010
【図９】
2004020380.tif 000011