(57)【要約】【課題】ＳＡＲセンサの観測状態やＳＡＲ画像の状態に関わらず、常に同一のオートフォーカス法を用いてＳＡＲ画像の位相誤差を推定する。したがって、運動センサの観測状態やＳＡＲ画像の状態によっては、その位相誤差の推定精度が劣化して、ＳＡＲ画像の分解能を高めることができないことがある課題があった。【解決手段】画像再生処理部３により再生されたＳＡＲ画像４の状態を監視し、そのＳＡＲ画像４の状態に応じて位相誤差の推定に用いるオートフォーカス法を選定するように構成した。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動プラットフォームに搭載され、空間にパルス信号を放射して、そのパルス信号の反射信号を受信する送受信手段と、上記送受信手段からパルス信号が放射された時点の上記移動プラットフォームの位置を観測する観測手段と、上記送受信手段により受信された反射信号と上記観測手段により観測された移動プラットフォームの位置から２次元画像を再生する画像再生手段と、上記画像再生手段により再生された２次元画像の位相誤差を推定し、その位相誤差を補償する補償手段とを備えた合成開口レーダ装置において、上記補償手段は上記画像再生手段により再生された２次元画像の状態を監視し、その２次元画像の状態に応じて位相誤差の推定に用いるオートフォーカス法を選定することを特徴とする合成開口レーダ装置。
【請求項２】
補償手段は、２次元画像の状態として、その２次元画像内の背景雑音に対する孤立点目標の電力比を監視することを特徴とする請求項１記載の合成開口レーダ装置。
【請求項３】
補償手段は、背景雑音に対する孤立点目標の電力比が基準電力比より高い場合にはＰＧＡ法を採用し、背景雑音に対する孤立点目標の電力比が基準電力比より低い場合にはＭＤ法を採用することを特徴とする請求項２記載の合成開口レーダ装置。
【請求項４】
移動プラットフォームに搭載され、空間にパルス信号を放射して、そのパルス信号の反射信号を受信する送受信手段と、上記送受信手段からパルス信号が放射された時点の上記移動プラットフォームの位置を観測する観測手段と、上記送受信手段により受信された反射信号と上記観測手段により観測された移動プラットフォームの位置から２次元画像を再生する画像再生手段と、上記画像再生手段により再生された２次元画像の位相誤差を推定し、その位相誤差を補償する補償手段とを備えた合成開口レーダ装置において、上記補償手段は上記観測手段の観測状態を監視し、その観測状態に応じて位相誤差の推定に用いるオートフォーカス法を選定することを特徴とする合成開口レーダ装置。
【請求項５】
補償手段は、観測手段の観測状態として移動プラットフォームの外の風速を監視することを特徴とする請求項４記載の合成開口レーダ装置。
【請求項６】
補償手段は、移動プラットフォームの外の風速が基準風速より低い場合にはＰＧＡ法を採用し、移動プラットフォームの外の風速が基準風速より高い場合にはＭＤ法を採用することを特徴とする請求項５記載の合成開口レーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば、地表や海面を観測して画像化する合成開口レーダ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の合成開口レーダ装置は、ＳＡＲ（Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ  Ａｐｅｒｔｕｒｅ  Ｒａｄａｒ）センサが空間に高周波パルス信号を放射して、その高周波パルス信号の反射信号を受信し、運動センサが当該ＳＡＲセンサから高周波パルス信号が放射された時点の移動プラットフォームの位置を観測すると、その反射信号と移動プラットフォームの位置からＳＡＲ画像（２次元の高分解能画像）を再生する。
なお、従来の合成開口レーダ装置は、ＳＡＲ画像の分解能をさらに高めるため、例えば、ＰＧＡ（Ｐｈａｓｅ  Ｇｒａｄｉｅｎｔ  Ａｕｔｏｆｏｃｕｓ）法などのオートフォーカス法を用いて、ＳＡＲ画像の位相誤差を推定し、その位相誤差を補償する。
【０００３】
【非特許文献１】
Ｗ．Ｇ．Ｃａｒｒａｒａ，Ｒ．Ｓ．Ｇｏｏｄｍａｎ，Ｒ．Ｍ．Ｍａｊｅｗｓｋｉ，“Ｓｐｏｔｌｉｇｈｔ  Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ  Ａｐｅｒｔｕｒｅ  Ｒａｄａｒ”，Ａｒｔｅｃｈ  Ｈｏｕｓｅ，１９９５（第１４頁に記載されたＦｉｇｕｒｅ２．１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の合成開口レーダ装置は以上のように構成されているので、運動センサの観測状態やＳＡＲ画像の状態に関わらず、常に同一のオートフォーカス法を用いてＳＡＲ画像の位相誤差を推定する。したがって、運動センサの観測状態やＳＡＲ画像の状態によっては、その位相誤差の推定精度が劣化して、ＳＡＲ画像の分解能を高めることができないことがある課題があった。
【０００５】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、運動センサの観測状態やＳＡＲ画像の状態が変化しても、精度よくＳＡＲ画像の位相誤差を推定して、ＳＡＲ画像の分解能を高めることができる合成開口レーダ装置を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る合成開口レーダ装置は、補償手段が画像再生手段により再生された２次元画像の状態を監視し、その２次元画像の状態に応じて位相誤差の推定に用いるオートフォーカス法を選定するようにしたものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による合成開口レーダ装置を示す構成図であり、図において、ＳＡＲセンサ１はアンテナ、送信機及び受信機などから構成され、航空機や衛星などの移動プラットフォームに搭載される。ＳＡＲセンサ１は高周波パルス信号を生成すると、空間に高周波パルス信号を放射して、その高周波パルス信号の反射信号を受信する送受信手段を構成している。運動センサ２はＳＡＲセンサ１から高周波パルス信号が放射された時点の移動プラットフォームの位置を観測する観測手段を構成している。
画像再生処理部３はＳＡＲセンサ１により受信された反射信号と運動センサ２により観測された移動プラットフォームの位置からＳＡＲ画像４（２次元画像）を再生する画像再生手段を構成している。
【０００８】
オートフォーカス法切替部５は画像再生処理部３により再生されたＳＡＲ画像４の状態を監視し、そのＳＡＲ画像４の状態に応じて位相誤差の推定に用いるオートフォーカス法を選定する。なお、オートフォーカス法にはＰＧＡ法の他、ＭＤ（Ｍａｐｄｒｉｆｔ）法、ＭＡＭ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｐｅｒｔｕｒｅ  Ｍａｐｄｒｉｆｔ）法など様々な方法がある。
位相誤差推定部６はオートフォーカス法切替部５により選定されたオートフォーカス法を用いてＳＡＲ画像４の位相誤差を推定する。位相誤差補償部７は位相誤差推定部６により推定された位相誤差を補償し、補償後のＳＡＲ画像８を出力する。なお、オートフォーカス法切替部５、位相誤差推定部６及び位相誤差補償部７から補償手段が構成されている。
図２はこの発明の実施の形態１による合成開口レーダ装置の処理内容を示すフローチャートである。
【０００９】
次に動作について説明する。
まず、ＳＡＲセンサ１は、地表や海面を観測するに際して、高周波パルス信号を生成し、アンテナから高周波パルス信号を空間に放射する。そして、地表や海面に反射した高周波パルス信号の反射信号を受信する（ステップＳＴ１）。なお、ＳＡＲセンサ１は、その高周波パルス信号の反射信号を受信すると、その反射信号を増幅してから中間周波数に変換してデジタル化する。
【００１０】
運動センサ２は、ＳＡＲセンサ１が高周波パルス信号を空間に放射すると、その時点の移動プラットフォームの位置を観測する（ステップＳＴ２）。
例えば、運動センサ２がＩＭＵセンサから構成されている場合には、ＳＡＲセンサ１から高周波パルス信号が放射された時点の移動プラットフォームの３軸の加速度を観測し、その加速度を積分して移動プラットフォームの３軸の速度を計算する。そして、移動プラットフォームの３軸の速度を積分して移動プラットフォームの位置を計算する。
【００１１】
画像再生処理部３は、ＳＡＲセンサ１からデジタル化された反射信号を受け、運動センサ２から移動プラットフォームの位置を受けると、例えば、ポーラフォーマット法などの画像再生処理を実施することにより、その反射信号と移動プラットフォームの位置からＳＡＲ画像４を再生する（ステップＳＴ３）。
ただし、移動プラットフォームの位置などに誤差が存在すると、画像再生処理において誤差が生じて分解能が劣化する。このような誤差は位相誤差と呼ばれ、画像をアジマス方向にＦＦＴしたアジマス空間周波数軸上で定義される。
合成開口レーダ装置では、上記のような位相誤差を補償して分解能を高めるため、後述する位相誤差推定部６がオートフォーカス法を用いてＳＡＲ画像４の位相誤差を推定する。
【００１２】
オートフォーカス法切替部５は、画像再生処理部３により再生されたＳＡＲ画像４の状態を監視し、そのＳＡＲ画像４の状態に応じて位相誤差の推定に用いるオートフォーカス法を選定する。
具体的には次の通りである。ただし、この例では、説明の便宜上、ＰＧＡ法又はＭＤ法のいずれかを選定する場合について説明する。
【００１３】
まず、オートフォーカス法切替部５は、ＳＡＲ画像４の状態として、そのＳＡＲ画像４内の背景雑音（孤立点目標以外の目標であるクラッタを含む）に対する孤立点目標の電力比を監視する（ステップＳＴ４）。
ＰＧＡ法は、ＳＡＲ画像４内の背景雑音に対する孤立点目標の電力比が定まると位相誤差の推定精度が一意に決まる。一方、ＭＤ法は、ＳＡＲ画像４の状態に関わらず、位相誤差の推定精度が常にπラジアンで一定である。
そこで、ＰＧＡ法の位相誤差の推定精度がＭＤ法の位相誤差の推定精度より高い場合にはＰＧＡ法を選定し、その逆の場合にはＭＤ法を選定するため、背景雑音に対する孤立点目標の電力比と基準電力比（ＰＧＡ法の位相誤差の推定精度がπラジアンになるときの電力比）を比較し、背景雑音に対する孤立点目標の電力比が基準電力比より高い場合にはＰＧＡ法を採用し、背景雑音に対する孤立点目標の電力比が基準電力比より低い場合にはＭＤ法を採用する（ステップＳＴ５〜ＳＴ７）。
【００１４】
ここで、ＰＧＡ法とＭＤ法の概略を説明する。
ＰＧＡ法では、まず、孤立点目標と予想される目標が存在するレンジビンをＮ個選択する。そして、選択したレンジビン毎に、孤立点目標が画像の左端に位置するように画像をシフトさせる。さらに、この画像の左端を中心として窓関数をアジマス方向に乗算し、孤立点目標から離れた領域の背景雑音を抑圧する。
背景雑音を抑圧した後の画像をアジマス方向にＦＦＴして画像のスペクトルＧｎを得る。画像のスペクトルＧｎに対して下記の式（１）の演算を実施して位相誤差を推定する。ただし、ｕはアジマス空間周波数、Ｇｎの上のドットはＧｎのｕについての微分、＊は複素共役、Ｉｍ［Ｇｎ］はＧｎの虚部を表している。
【数１】
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【００１５】
ＭＤ法は、画像のスペクトルにおける位相誤差φを下記の式（２）に示す２次位相誤差によって表し、これを推定する方法である。ただし、ａは２次位相誤差の係数、Ｕは空間周波数幅の２分の１を表している。
【数２】
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ＭＤ法では、まず、画像をアジマス方向にＦＦＴして画像のスペクトルを得る。この画像のスペクトルをアジマスの空間周波数軸方向で２つに等分割し、各々ＩＦＦＴして２つの画像を得る。これにより、この２つの画像の結像位置の差Δが下記の式（３）で表される。ただし、ρはアジマス分解能を表している。
このため、画像から結像位置の差Δを計測し、下記の式（４）を用いて推定値ａを求めることで位相誤差を求める。なお、Δの計測精度が２ρであるため、ＭＤ法の位相誤差の推定精度はπラジアンである。
【数３】
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【００１６】
位相誤差推定部６は、上記のようにしてオートフォーカス法切替部５が使用するオートフォーカス法を選定すると、そのオートフォーカス法を用いてＳＡＲ画像４の位相誤差を推定する（ステップＳＴ８）。
位相誤差補償部７は、位相誤差推定部６がＳＡＲ画像４の位相誤差を推定すると、例えば、下記の演算を実施して、そのＳＡＲ画像４の位相誤差を補償し、補償後のＳＡＲ画像８を出力する（ステップＳＴ９）。
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ただし、Ｓ（ｔ）は位相補償前の反射信号、ａ（ｔ）は反射信号の振幅、ｊは虚数単位、ψは位相、ψ’は位相補償分、Ｓ’（ｔ）は位相補償後の反射信号である。
【００１７】
なお、位相誤差推定部６は、補償後のＳＡＲ画像８の位相誤差を再度推定し、その位相誤差が事前に定めた閾値を超える場合には、位相誤差補償部７に対して補償処理の実施を再度要求し、その位相誤差が事前に定めた閾値を超えない場合には処理を終了する（ステップＳＴ１０）。
【００１８】
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、画像再生処理部３により再生されたＳＡＲ画像４の状態を監視し、そのＳＡＲ画像４の状態に応じて位相誤差の推定に用いるオートフォーカス法を選定するように構成したので、ＳＡＲ画像４の状態が変化しても、精度よくＳＡＲ画像４の位相誤差を推定して、補償後のＳＡＲ画像８の分解能を高めることができる効果を奏する。
【００１９】
実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２による合成開口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しているので説明を省略する。
オートフォーカス法切替部９は運動センサ２の観測状態を監視し、その観測状態に応じて位相誤差の推定に用いるオートフォーカス法を選定する。なお、オートフォーカス法切替部９は補償手段を構成している。
図４はこの発明の実施の形態２による合成開口レーダ装置の処理内容を示すフローチャートである。
【００２０】
上記実施の形態１では、オートフォーカス法切替部５が画像再生処理部３により再生されたＳＡＲ画像４の状態を監視し、そのＳＡＲ画像４の状態に応じて位相誤差の推定に用いるオートフォーカス法を選定するものについて示したが、オートフォーカス法切替部９が運動センサ２の観測状態を監視し、その観測状態に応じて位相誤差の推定に用いるオートフォーカス法を選定するようにしてもよい。
【００２１】
即ち、運動センサ２の観測精度は外気の風速に影響を受け、外気の風速が高くなる程、移動プラットフォームの位置の観測精度が劣化し、これに伴ってＳＡＲ画像４の位相誤差も大きくなる。
そこで、ＳＡＲ画像４の位相誤差が大きい場合には、その位相誤差の補償に適するＭＤ法を採用し、ＳＡＲ画像４の位相誤差が小さい場合には、その位相誤差の補償に適するＰＧＡ法を採用するため、オートフォーカス法切替部９が運動センサ２の観測状態として、移動プラットフォームの外の風速を監視する（ステップＳＴ１１）。ただし、移動プラットフォームの外の風速は、風速センサを用いて監視してもよいし、公共機関などから気象情報を入手してもよい。
【００２２】
そして、移動プラットフォームの外の風速が基準風速より高い場合にはＭＤ法を採用し、移動プラットフォームの外の風速が基準風速より低い場合にはＰＧＡ法を採用する（ステップＳＴ１２，ＳＴ６，ＳＴ７）。
これにより、運動センサ２の観測状態が変化しても、精度よくＳＡＲ画像４の位相誤差を推定して、補償後のＳＡＲ画像８の分解能を高めることができる効果を奏する。
【００２３】
実施の形態３．
上記実施の形態１，２では、オートフォーカス法として、ＰＧＡ法又はＭＤ法のいずれかを選定するものについて示したが、これに限るものではなく、その他のオートフォーカス法を選定するようにしてもよく、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。
【００２４】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、補償手段が画像再生手段により再生された２次元画像の状態を監視し、その２次元画像の状態に応じて位相誤差の推定に用いるオートフォーカス法を選定するように構成したので、２次元画像の状態が変化しても、精度よく２次元画像の位相誤差を推定して、補償後の２次元画像の分解能を高めることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による合成開口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による合成開口レーダ装置の処理内容を示すフローチャートである。
【図３】この発明の実施の形態２による合成開口レーダ装置を示す構成図である。
【図４】この発明の実施の形態２による合成開口レーダ装置の処理内容を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１  ＳＡＲセンサ（送受信手段）、２  運動センサ（観測手段）、３  画像再生処理部（画像再生手段）、４  ＳＡＲ画像（２次元画像）、５  オートフォーカス法切替部（補償手段）、６  位相誤差推定部（補償手段）、７  位相誤差補償部（補償手段）、８  補償後のＳＡＲ画像（２次元画像）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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