(57)【要約】【課題】２枚の高分解能レーダ画像の位相差が２πラジアンを越えると、その位相差を０ラジアンから２πラジアンの範囲内の位相差に換算して、地表２１の高さを求めるため、局所的に位相差の２πの整数倍に相当する大きな誤差が立体図に生じることがある課題があった。【解決手段】第１の立体図生成部３８により生成された立体図Ｘと第２の立体図生成部３９により生成された立体図Ｙの差分Δｈを求めて、その差分Δｈから第２の立体図生成部３９により生成された立体図Ｙの誤差を推定し、第２の立体図生成部３９により生成された立体図Ｙから当該推定結果を減算する。【選択図】　　　　図１
2004101299.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相互に異なる位置に設置された複数のアンテナと、上記アンテナが目標の反射信号を受信すると、その反射信号からレーダ画像を再生する複数の画像再生手段と、上記複数の画像再生手段により再生されたレーダ画像のうち、任意のレーダ画像を一定時間遅延させる遅延手段と、上記遅延手段による遅延前後のレーダ画像の振幅に基づいて目標の立体図を生成する第１の立体図生成手段と、上記複数の画像再生手段により再生されたレーダ画像の位相に基づいて目標の立体図を生成する第２の立体図生成手段と、上記第１の立体図生成手段により生成された立体図と上記第２の立体図生成手段により生成された立体図の差分を求めて、その差分から上記第２の立体図生成手段により生成された立体図の誤差を推定し、上記第２の立体図生成手段により生成された立体図から当該推定結果を減算する補正手段とを備えた画像レーダ装置。
【請求項２】
アンテナ及び画像再生手段が３以上設置される場合、第２の立体図生成手段及び補正手段を２以上設置し、上記複数の補正手段から出力される立体図を統合する統合手段を設けた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】
アンテナ及び画像再生手段が３以上設置される場合、第２の立体図生成手段を２以上設置し、上記複数の第２の立体図生成手段により生成された立体図を統合して補正手段に出力する統合手段を設けた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４】
アンテナ及び画像再生手段が３以上設置される場合、遅延手段、第１の立体図生成手段及び補正手段を２以上設置し、上記複数の補正手段から出力される立体図を統合する統合手段を設けた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】
第１の立体図生成手段により生成された立体図と第２の立体図生成手段により生成された立体図の差分を求める差分器と、複数のレーダ画像の位相差に対する目標の高さの感度を計算して、その感度に２πを乗算する演算器と、上記差分器から出力された立体図の差分を上記演算器の乗算結果で除算する除算器と、上記除算器の除算結果を整数化し、その整数化後の除算結果に上記演算器の乗算結果を乗算する整数化乗算器と、上記第２の立体図生成手段により生成された立体図から上記整数化乗算器の乗算結果を減算する減算器とから補正手段を構成したことを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の画像レーダ装置。
【請求項６】
第１の立体図生成手段は、目標の立体図を生成する際、遅延手段による遅延前後のレーダ画像の振幅を比較して、そのレーダ画像における輝点の速度分布を求める一方、目標とレーダの相対運動を要素とする３次元の正方行列を求め、その３次元の正方行列、上記レーダ画像及び上記輝点の速度分布から目標の立体図を生成することを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１項記載の画像レーダ装置。
【請求項７】
第２の立体図生成手段は、目標の立体図を生成する際、複数の画像再生手段により再生されたレーダ画像の位相差を求め、その位相差から複数のアンテナと目標の位置関係から決まる位相変化を除去して、目標の立体図を生成することを特徴とする請求項１から請求項６のうちのいずれか１項記載の画像レーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、遠方に位置する目標を観測して、その目標の立体図を作成する画像レーダ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１１は例えば特許文献１に示された従来の画像レーダ装置（以下、第１の従来例という）を示す構成図であり、図において、１は高周波信号を出力する送信機、２は送信機１から出力された高周波信号を目標に向けて放射するとともに、その目標に反射された高周波信号を受信する送受信アンテナ、３は送受切替器、４は目標の反射信号である高周波信号を受信する受信機、５は受信機４により受信された高周波信号から目標のＲＣＳ分布を表すレーダ画像を順次再生する画像再生部である。
【０００３】
６は画像再生部５により再生されたレーダ画像を一定時間保持してから出力する遅延部、７は画像再生部５が出力するレーダ画像と遅延部６が出力するレーダ画像を比較して、そのレーダ画像における輝点の速度分布を求める画像比較部、８は目標とレーダの相対運動を要素とする３次元の変換行列を求める変換行列生成部、９は変換行列生成部８により求められた変換行列の逆行列（正方行列）を求める逆行列生成部、１０は逆行列生成部９が出力する変換行列の逆行列と、画像再生部５が出力するレーダ画像と、画像比較部７が出力する輝点の速度分布とから目標の３次元形状を算出する目標形状算出部である。
【０００４】
図１２はレーダ画像の時間変化を説明する説明図である。
ここでは、船舶のレーダ画像を例として用いており、横軸ｕがレンジ、縦軸ｖがクロスレンジである。また、濃度がＲＣＳ分布を表しており、船舶の２次元画像が濃淡で示されていることが分かる。
図１２（ａ）と（ｂ）は僅かな時間差をおいて観測された２枚のレーダ画像であり、（ｂ）は（ａ）に対して若干回転していることが分かる。１１は船首に近い部分の画像（ａ）における位置ベクトルである。
図１２（ｃ）は（ａ）のレーダ画像と（ｂ）のレーダ画像の差分から検出されたレーダ画像の速度ベクトルを説明する説明図であり、１２は図１２（ａ）のレーダ画像における位置ベクトル１１の点の速度ベクトルである。
【０００５】
図１３及び図１４は画像レーダ装置の観測座標系を説明する説明図であり、特に、図１３はレーダの送受信アンテナ２と目標の位置関係を示す説明図である。図において、１３は目標の中心点である。
ＸＹＺは目標の中心点１３を基準とする座標系であり、Ω１，Ω２，Ω３はそれぞれＸＹＺ軸の回りの回転角速度、Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３はそれぞれＸＹＺ軸に沿った平行移動速度である。また、Ｓは目標の中心点１３から送受信アンテナ２を見る方位ベクトルである。
図１４は観測座標系を説明する補助的な説明図であり、図において、１４はレーダ画像が投影される仮想的な平面である。Ｐは目標上のある反射点の位置ベクトルであり、ｐはこの反射点のレーダ画像上での位置ベクトル１１である。
また、図１５は第１の従来例において、特に地表面を観測する場合のジオメトリを示す説明図である。
【０００６】
次に動作について説明する。
まず、送信機１が高周波信号を送受切替器３に出力すると、送受信アンテナ２が高周波信号を目標に向けて放射する。
また、送受信アンテナ２は、目標に向けて放射した高周波信号のうち、その目標に反射された高周波信号を受信し、送受切替器３に出力する。
【０００７】
受信機４は、送受切替器３から高周波信号を受けると、その高周波信号を増幅・検波し、画像再生部５は、受信機４が出力する高周波信号から目標のＲＣＳ分布を表すレーダ画像を順次再生し、そのレーダ画像を画像比較部７，遅延部６及び目標形状算出部１０に出力する。
なお、画像再生部５は、レンジ及びクロスレンジの両方向について高分解能化を図るため、レンジ圧縮処理，動き補償処理及びクロスレンジ圧縮処理を実施する。
【０００８】
画像比較部７は、画像再生部５が出力するレーダ画像の振幅（図１２（ｂ）を参照）と、遅延部６が出力するレーダ画像の振幅（図１２（ａ）を参照）とを比較して、そのレーダ画像における輝点の速度分布を求める。ここで、遅延部６は、画像比較部７が時間差のある２枚のレーダ画像を比較するために設けられている。
具体的には、画像比較部７は、２枚のレーダ画像の振幅を比較することにより、位置ベクトル１１における反射点の速度ベクトル１２を求めるものである。
その方法は、例えば、パターンマッチングによって、その反射点の周囲の形状や反射強度を手がかりに実現できる。あるいは、光学画像において知られているオプチカルフローなどの手法を利用することができる。
【０００９】
一方、変換行列生成部８は、目標とレーダの相対運動を要素とする３次元の変換行列を求め、逆行列生成部９は、変換行列生成部８により求められた変換行列の逆行列を求める。
目標形状算出部１０は、逆行列生成部９が出力する変換行列の逆行列を、レーダ画像及び輝点の速度分布に乗ずることにより、目標の３次元形状を算出する。
【００１０】
次に画像レーダ装置の理解を深めるため、画像レーダ装置の動作原理を説明する。
始めにレーダ画像における速度ベクトル分布を求める。図１３に示す座標系において、Ｘ，Ｙ，Ｚは目標の中心点１３を基準とする座標系であり、Ω＝（Ω１，Ω２，Ω３）は目標の回転運動の角速度、Ｗ＝（Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３）は目標の平行移動を表す速度、Ｐは目標上の点の位置ベクトルである。
ＸＹＺ座標の中心点１３から距離ｒ０には送受信アンテナ２があって、目標の中心点１３と送受信アンテナ２を結ぶＬＯＳ（Ｌｉｎｅ　ｏｆ　Ｓｉｇｈｔ）上の単位ベクトルをＳとする。
【００１１】
このとき、レーダ画像は、下式のベクトルｕ，ｖ（下記の数式においては、ｕ，ｖの書体をボールドで表記している）を座標軸とするスクリーン上に、目標のＲＣＳ分布を投影した像として取り扱うことができる。
【数１】
2004101299.tif 000003
ただし、ベクトルｖはドップラー周波数の軸であるため回転角速度によって伸縮し、その大きさは１でないことに注意する必要がある。また、チルトΩは次式で与えられるベクトルであり、回転角速度Ωと平行移動速度Ｗを合成した等価回転角速度である。なお、λは高周波信号の波長である。
【数２】
2004101299.tif 000004
【００１２】
図１４はレーダ画像のスクリーンの概念を示しており、図において、ｐ＝（ｕ，ｖ）はスクリーン上に投影された位置ベクトルＰ＝（Ｘ，Ｙ，Ｚ）における点の目標の像である。このとき、スクリーン上の画像の座標（ｕ，ｖ）は次式で表される。
【数３】
2004101299.tif 000005
【００１３】
また、スクリーン上の画像の速度は、式（４）及び式（５）を時間で微分して得られる。
まず、ｕ軸におけるスクリーン上の画像の速度は下記の通りとなる。
【数４】
2004101299.tif 000006
【００１４】
式（６）において、Ｐドット（Ｐドットは、位置ベクトルＰを時間微分したものである）と、Ｓドット（Ｓドットは、単位ベクトルＳを時間微分したものである）は、次のようになるので、式（６）は式（９）のように表せる。
【数５】
2004101299.tif 000007
【００１５】
また、ｖ軸におけるスクリーン上の画像の速度は下記の通りとなる。
【数６】
2004101299.tif 000008
【００１６】
したがって、レーダ画像と、レーダ画像上の輝点の速度分布は、式（４），式（５），式（９）及び式（１０）の４つの式で与えられるが、式（９）はレンジ方向の変化であるｕ軸の画像の速度がベクトルｖと等価であることを示しているので、独立な方程式は高々３本である。
そこで、レーダ画像と位置ベクトルＰの関係は、新たにベクトルｂと行列Ａを定義すると、次式で表される。
【数７】
2004101299.tif 000009
【００１７】
ただし、行列Ａの要素は、それぞれ次のように書き下せる。
【数８】
2004101299.tif 000010
【００１８】
ただし，添字の１，２，３は、それぞれのベクトルにおけるＸ，Ｙ，Ｚ軸の要素である。
従って、式（１１）を変形すると、下記の式（２４）になるので、行列Ａの逆行列Ａ−１が存在すれば、目標上の位置ベクトルＰを求めることができる。
【数９】
2004101299.tif 000011
【００１９】
ここで、行列Ａの逆行列Ａ−１は次式で与えられる。
【数１０】
2004101299.tif 000012
また、｜Ａ｜は行列Ａの行列式であり、次式で与えられる。
【数１１】
2004101299.tif 000013
【００２０】
即ち、式（２４）から位置ベクトルＰを求めることができる条件は、行列Ａの逆行列Ａ−１が存在する条件から、｜Ａ｜が零にならないことである。
このように、目標のレーダ画像と、画像上の輝点の速度ベクトル分布が観測できて、しかもレーダと目標の相対運動が既知であれば、｜Ａ｜が零にならない条件の下で、目標の三次元形状を求めることが可能であることが理解される。
【００２１】
ここで、特に地表面を観測する場合について、図１５を用いて説明する。アンテナ２は航空機等に搭載されて地表面を観測するものとし、目標の中心点１３は地表面上に定められる。また、アンテナ２を搭載した航空機等は、一定速度Ｖｅで、かつ、高度Ｈを保ったまま、目標の中心点１３を中心とする半径Ｒの円周上を移動するものとする。
【００２２】
このとき、Ｘ軸とＹ軸のまわりの回転角速度はゼロであり、次の式の関係にある。
【数１２】
2004101299.tif 000014
以上で明らかなように、図１１の画像レーダ装置によって、地形の立体図を生成することができる。
【００２３】
図１６は例えば特許文献２に示された従来の画像レーダ装置（以下、第２の従来例という）を示す構成図であり、図において、２１は観測する地表、２２，２３は送受信アンテナ、２４は高周波パルス信号を送受信アンテナ２２に出力する一方、送受信アンテナ２２の受信信号（地表２１の反射波）を受信する送受信部、２５は高周波パルス信号を送受信アンテナ２３に出力する一方、送受信アンテナ２３の受信信号（地表２１の反射波）を受信する送受信部、２６は送受信部２４，２５により受信された地表２１の反射波から観測領域の高分解能レーダ画像を再生する画像再生部、２７は画像再生部２６により再生された２枚の高分解能レーダ画像の位相差を求め、その位相差に基づいて地表２１の立体図を生成する干渉処理部である。
【００２４】
次に動作について説明する。
送受信アンテナ２２は、送受信部２４から出力された高周波パルス信号を観測領域へ向けて照射し、地表２１の反射波を受信する。
また、送受信アンテナ２３は、送受信部２５から出力された高周波パルス信号を観測領域へ向けて照射し、地表２１の反射波を受信する。
二つの送受信アンテナ２２，２３は、図１７に示すように、地上の同じ領域を照射するようにビームの角度が調節されているものとする。
【００２５】
画像再生部２６は、送受信アンテナ２２により受信された地表２１の反射波から観測領域の高分解能レーダ画像を再生し、また、送受信アンテナ２３により受信された地表２１の反射波から観測領域の高分解能レーダ画像を再生する。
通常、この種のレーダでは、送信パルスは距離分解能を改善するためにリニアＦＭ変調して帯域幅を拡張しており、周波数対遅延時間特性が送信側と対になる分散型遅延線を利用して分解能の高いパルス波形を復元する。また、プラットフォームの移動に伴って発生するドップラー周波数の時間変化を利用して、これと共役なリファレンス関数とのマッチドフィルタによってアジマス分解能を改善する。このように合成開口レーダの画像再生処理として良く知られた分解能向上の処理により高分解能レーダ画像が得られる。
【００２６】
干渉処理部２７は、画像再生部２６により再生された２枚の高分解能レーダ画像の位相差を求める。
そして、干渉処理部２７は、２枚の高分解能レーダ画像の位相差から地表２１の等高線に相当する等位相線を求める。即ち、２枚の高分解能レーダ画像の位相差から、送受信アンテナ２２，２３と高低差のない理想的な地球ジオイド面におけるターゲットとの位置関係から決まる位相変化を取り除くことにより、地表２１の等高線に相当する等位相線を求める。
【００２７】
この操作は、合成開口レーダのインターフェロメトリ処理として知られており、位相差φと地形の高さｈ間の次の関係式を利用して，等位相線から３次元地形を知る方法である。ただし、Ｂは送受信アンテナ２２と送受信アンテナ２３の間隔（ベースラインの長さ）、λは波長、ｒは送受信アンテナ２２，２３と観測領域の距離、θはオフナディア角、αはベースラインの水平面からの傾きである。
【数１３】
2004101299.tif 000015
これにより、図１６の画像レーダ装置を用いて地表２１の立体図を求めることができる。
【００２８】
【特許文献１】
特開２００１−３３７１６３公報
【特許文献２】
特開平７−７２２４４号公報
【００２９】
【発明が解決しようとする課題】
従来の画像レーダ装置（第２の従来例）は以上のように構成されているので、２枚の高分解能レーダ画像の位相差に対する地表２１の高さの感度を実用上十分高くとることが可能であり（式（２９）を参照）、地表２１の立体図を精度よく生成することができる。しかし、２枚の高分解能レーダ画像の位相差が２πラジアンを越えると、その位相差を０ラジアンから２πラジアンの範囲内の位相差に折り返して計測される（例えば、２枚の高分解能レーダ画像の位相差が３πラジアンであれば、その位相差はπラジアン（＝３π−２π）として計測される）ので、地表２１の高さを求めるため、この２πラジアンの折り返しを検出して、補正する必要があった。このため、局所的に位相差の２πの整数倍に相当する大きな誤差が立体図に生じることがある課題があった。
また、第１の従来例では、目標の立体図の精度が画像比較部７の精度と、画像の分解能の精度に依存して決まるので、画像比較部７の精度等を高めても、原理的に立体図の精度が画像の分解能に制約されるため、本来なら滑らかな地表にランダムな誤差が生じる課題があった。
【００３０】
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、局所的に生じる大きな誤差を除去して、精度の高い立体図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。
【００３１】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る画像レーダ装置は、第１の立体図生成手段により生成された立体図と第２の立体図生成手段により生成された立体図の差分を求めて、その差分から第２の立体図生成手段により生成された立体図の誤差を推定し、第２の立体図生成手段により生成された立体図から当該推定結果を減算するようにしたものである。
【００３２】
この発明に係る画像レーダ装置は、アンテナ及び画像再生手段が３以上設置される場合、第２の立体図生成手段及び補正手段を２以上設置し、複数の補正手段から出力される立体図を統合する統合手段を設けたものである。
【００３３】
この発明に係る画像レーダ装置は、アンテナ及び画像再生手段が３以上設置される場合、第２の立体図生成手段を２以上設置し、複数の第２の立体図生成手段により生成された立体図を統合して補正手段に出力する統合手段を設けたものである。
【００３４】
この発明に係る画像レーダ装置は、アンテナ及び画像再生手段が３以上設置される場合、遅延手段、第１の立体図生成手段及び補正手段を２以上設置し、複数の補正手段から出力される立体図を統合する統合手段を設けたものである。
【００３５】
この発明に係る画像レーダ装置は、第１の立体図生成手段により生成された立体図と第２の立体図生成手段により生成された立体図の差分を求める差分器と、複数のレーダ画像の位相差に対する目標の高さの感度を計算して、その感度に２πを乗算する演算器と、その差分器から出力された立体図の差分を演算器の乗算結果で除算する除算器と、その除算器の除算結果を整数化し、その整数化後の除算結果に演算器の乗算結果を乗算する整数化乗算器と、第２の立体図生成手段により生成された立体図から整数化乗算器の乗算結果を減算する減算器とから補正手段を構成したものである。
【００３６】
この発明に係る画像レーダ装置は、目標の立体図を生成する際、遅延手段による遅延前後のレーダ画像の振幅を比較して、そのレーダ画像における輝点の速度分布を求める一方、目標とレーダの相対運動を要素とする３次元の正方行列を求め、その３次元の正方行列、レーダ画像及び輝点の速度分布から目標の立体図を生成するようにしたものである。
【００３７】
この発明に係る画像レーダ装置は、目標の立体図を生成する際、複数の画像再生手段により再生されたレーダ画像の位相差を求め、その位相差から複数のアンテナと目標の位置関係から決まる位相変化を除去して、目標の立体図を生成するようにしたものである。
【００３８】
【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による画像レーダ装置を示す構成図であり、図において、３１，３２は相互に異なる位置に設置され、目標に向けて高周波信号を送信する一方、目標に反射された高周波信号（目標の反射信号）を受信するアンテナ、３３，３４は高周波信号をアンテナ３１，３２に出力する一方、アンテナ３１，３２から出力された目標の反射信号を受信する送受信部、３５，３６は送受信部３３，３４により受信された目標の反射信号からレーダ画像Ａ，Ｂを再生する画像再生部である。なお、送受信部３３，３４及び画像再生部３５，３６から画像再生手段が構成されている。
【００３９】
３７は画像再生部３５により再生されたレーダ画像Ａを一定時間遅延させる遅延部（遅延手段）、３８は遅延部３７による遅延前後のレーダ画像Ａの振幅に基づいて目標の立体図Ｘを生成する第１の立体図生成部（第１の立体図生成手段）であり、第１の立体図生成部３８は図１１の画像比較部７，変換行生成部８，逆行列生成部９及び目標形状算出部１０から為る構成に相当している。
３９は画像再生部３５，３６により再生されたレーダ画像Ａ，Ｂの位相に基づいて目標の立体図Ｙを生成する第２の立体図生成部（第２の立体図生成手段）であり、第２の立体図生成部３９は図１６の干渉処理部２７の構成に相当している。
【００４０】
４０は第２の立体図生成部３９により生成された立体図Ｙから第１の立体図生成部３８により生成された立体図Ｘを減算して、双方の立体図の差分Δｈを求める差分器、４１は差分器４０により求められた立体図の差分Δｈから第２の立体図生成部３９により生成された立体図Ｙの誤差を推定する誤差推定部、４２は第２の立体図生成部３９により生成された立体図Ｙから、誤差推定部４１により推定された誤差を減算する減算器である。なお、差分器４０，誤差推定部４１及び減算器４２から補正手段が構成されている。
【００４１】
図２は誤差推定部４１の内部構成を示す構成図であり、図において、５１は画像再生部３５，３６により再生されたレーダ画像Ａ，Ｂの位相差に対する目標の高さの感度を計算する測定感度計算部（演算器）、５２は測定感度計算部５１により計算された感度に２πを乗算する乗算器（演算器）、５３は差分器４０から出力された立体図の差分Δｈを乗算器５２の乗算結果で除算する除算器、５４は除算器５３の除算結果を整数化する整数化部（整数化乗算器）、５５は整数化部５４による整数化後の除算結果に乗算器５２の乗算結果を乗算する乗算器（整数化乗算器）である。
【００４２】
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処理内容を示すフローチャートである。
図４〜図７は実施の形態１の効果を説明するための模式図であり、特に図４は観測対象である地形（目標）を示し、図５は第１の立体図生成部３８により生成された立体図Ｘ（局所的な大きな誤差は生じないが、本来滑らかな地表にランダムな誤差が生じている）を示し、図６は第２の立体図生成部３９により生成された立体図Ｙ（全体的には精度の高い立体図が得られるが、局所的に大きな誤差が生じている）を示し、図７は減算器４２から出力された補正後の立体図を示している。
【００４３】
次に動作について説明する。
アンテナ３１は、送受信部３３から出力された高周波信号を目標に向けて照射し、目標の反射信号を受信する。
また、アンテナ３２は、送受信部３４から出力された高周波信号を目標に向けて照射し、目標の反射信号を受信する。
【００４４】
画像再生部３５は、送受信部３３がアンテナ３１により受信された目標の反射信号を増幅して出力すると、その目標の反射信号からレーダ画像Ａを再生する（ステップＳＴ１）。
また、画像再生部３６は、送受信部３４がアンテナ３２により受信された目標の反射信号を増幅して出力すると、その目標の反射信号からレーダ画像Ｂを再生する（ステップＳＴ２）。
遅延部３７は、画像再生部３５がレーダ画像Ａを再生すると、そのレーダ画像Ａを一定時間保持してから出力することにより、そのレーダ画像Ａを一定時間遅延させる（ステップＳＴ３）。なお、一定時間は予め遅延部３７に設定されているものとする。
【００４５】
第１の立体図生成部３８は、遅延部３７による遅延前のレーダ画像Ａの振幅と遅延部３７による遅延後のレーダ画像Ａの振幅とに基づいて目標の立体図Ｘを生成する（ステップＳＴ４）。
第１の立体図生成部３８は、図１１の画像比較部７，変換行生成部８，逆行列生成部９及び目標形状算出部１０から為る構成に相当しているため詳細な説明は省略するが、遅延部３７による遅延前後のレーダ画像Ａの振幅を比較して、そのレーダ画像Ａにおける輝点の速度分布を求めるとともに、目標とレーダの相対運動を要素とする３次元の正方行列を求める。
そして、その３次元の正方行列、レーダ画像Ａ及び輝点の速度分布から目標の立体図Ｘを生成する。
なお、第１の立体図生成部３８により生成される立体図Ｘは、上述したように原理的に立体図の精度が画像の分解能に制約されるため、本来なら滑らかな地表にランダムな誤差が生じる（図５を参照）。
【００４６】
第２の立体図生成部３９は、画像再生部３５，３６により再生されたレーダ画像の位相に基づいて目標の立体図Ｙを生成する（ステップＳＴ５）。
第２の立体図生成部３９は、図１６の干渉処理部２７の構成に相当しているため詳細な説明は省略するが、画像再生部３５により再生されたレーダ画像Ａと画像再生部３６により再生されたレーダ画像Ｂの位相差を求め、その位相差からアンテナ３１，３２と目標の位置関係から決まる位相変化を除去して、目標の立体図Ｙを生成する。
なお、第２の立体図生成部３９により生成される立体図Ｙは、第１の立体図生成部３８により生成される立体図Ｘよりも原理的に精度を高めることができるが、上述したようにレーダ画像Ａ，Ｂの位相差に基づいて立体図Ｙを計算するため、位相が２πで折り返すことに起因して、局所的に大きな誤差が発生する（図６を参照）。
【００４７】
差分器４０は、第１及び第２の立体図生成部３８，３９が立体図Ｘ，Ｙを生成すると、第２の立体図生成部３９により生成された立体図Ｙから第１の立体図生成部３８により生成された立体図Ｘを減算して、双方の立体図の差分Δｈを求める（ステップＳＴ６）。
誤差推定部４１は、差分器４０が立体図Ｘと立体図Ｙの差分Δｈを求めると、その差分Δｈから位相２πの折り返しに起因する立体図Ｙの誤差を推定する（ステップＳＴ７）。
【００４８】
具体的には、誤差推定部４１の測定感度計算部５１は、式（２９）を計算することにより、画像再生部３５，３６により再生されたレーダ画像Ａ，Ｂの位相差φに対する目標の高さｈの感度を計算する。
誤差推定部４１の乗算器５２は、測定感度計算部５１により計算された感度に２πを乗算して、位相の折り返しに起因する地形の高さｈの誤差を求める。
【００４９】
誤差推定部４１の除算器５３は、差分器４０から出力された立体図の差分Δｈを乗算器５２の乗算結果で除算する。即ち、差分器４０から出力された立体図の差分Δｈが位相の折り返しに起因する誤差の何倍に相当するか計算する。
誤差推定部４１の整数化部５４は、除算器５３の除算結果を整数化して、位相の折り返し数を計算する。なお、除算器５３の除算結果を切り上げ、あるいは、切り下げて整数化してもよいし、除算器５３の除算結果を四捨五入して整数化してもよい。
誤差推定部４１の乗算器５５は、整数化部５４による整数化後の除算結果に乗算器５２の乗算結果を乗算して、位相の折り返しに起因する地形の高さｈの誤差を算出する。
【００５０】
減算器４２は、上記のようにして誤差推定部４１が位相２πの折り返しに起因する立体図Ｙの誤差を推定すると、第２の立体図生成部３９により生成された立体図Ｙから誤差推定部４１により推定された誤差を減算して（ステップＳＴ８）、位相２πの折り返しに起因する立体図Ｙの誤差を抑圧する（図７を参照）。
【００５１】
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、第１の立体図生成部３８により生成された立体図Ｘと第２の立体図生成部３９により生成された立体図Ｙの差分Δｈを求めて、その差分Δｈから第２の立体図生成部３９により生成された立体図Ｙの誤差を推定し、第２の立体図生成部３９により生成された立体図Ｙから当該推定結果を減算するように構成したので、局所的に生じる大きな誤差を除去して、精度の高い立体図を得ることができる効果を奏する。
なお、この実施の形態１では、地形を観測する場合について説明したが、地形以外の物体を観測する場合においても同様の効果を得られる。
【００５２】
実施の形態２．
図８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。
６１はアンテナ３１，３２と異なる位置に設置され、目標に向けて高周波信号を送信する一方、目標に反射された高周波信号（目標の反射信号）を受信するアンテナ、６２は高周波信号をアンテナ６１に出力する一方、アンテナ６１から出力された目標の反射信号を受信する送受信部、６３は送受信部６２により受信された目標の反射信号からレーダ画像Ｃを再生する画像再生部である。なお、送受信部６２及び画像再生部６３から画像再生手段が構成されている。
６４は画像再生部３５，６３により再生されたレーダ画像Ａ，Ｃの位相に基づいて目標の立体図Ｚを生成する第２の立体図生成部（第２の立体図生成手段）であり、第２の立体図生成部３９と同一の原理により立体図を生成する。
【００５３】
６５は第２の立体図生成部６４により生成された立体図Ｚから第１の立体図生成部３８により生成された立体図Ｘを減算して、双方の立体図の差分Δｈを求める差分器、６６は差分器６５により求められた立体図の差分Δｈから第２の立体図生成部３９により生成された立体図Ｚの誤差を推定する誤差推定部、６７は第２の立体図生成部６４により生成された立体図Ｚから、誤差推定部６６により推定された誤差を減算する減算器である。なお、差分器６５，誤差推定部６６及び減算器６７から補正手段が構成されている。
６８は減算器４２から出力される補正後の立体図と減算器６７から出力される補正後の立体図を統合する統合部（統合手段）である。
【００５４】
上記実施の形態１では、アンテナ及び画像再生部が２個づつ設置されるものについて示したが、アンテナ及び画像再生部が３個づつ設置される場合、図８に示すように、第２の立体図生成部３９，差分器４０，誤差推定部４１及び減算器４２に相当する第２の立体図生成部６４，差分器６５，誤差推定部６６及び減算器６７を追加して、減算器４２から出力される補正後の立体図と減算器６７から出力される補正後の立体図を統合する統合部６８を設けるようにしてもよい。
【００５５】
この場合、上記実施の形態１と同様にして、アンテナ３１，３２により受信された目標の反射信号に基づいて生成された補正後の立体図が減算器４２から出力される他、同一の原理にしたがって、アンテナ３１，６１により受信された目標の反射信号に基づいて生成された補正後の立体図が減算器６７から出力される。
統合部６８は、上述したように、減算器４２から出力される補正後の立体図と減算器６７から出力される補正後の立体図を統合するので、誤差の抑圧処理が冗長的になり、局所的に生じる大きな誤差の抑圧度を高めることができる効果を奏する。
【００５６】
なお、統合部６８による立体図の統合は、双方の立体図の平均を求めてもよいし、中央値を求めてもよい。あるいは、周囲の高さの平均に最も近い高さを出力するようにしてもよい。
この実施の形態２では、アンテナ及び画像再生部が３個づつ設置される場合について示したが、アンテナ及び画像再生部が４個以上設置される場合にも拡張できることは容易に想像できる。即ち、アンテナ及び画像再生部が４個以上設置される場合、第２の立体図生成部６４や誤差推定部６６等を２個以上追加すればよい。
【００５７】
実施の形態３．
図９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８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。
６９は第２の立体図生成部３９，６４により生成された立体図Ｙ，Ｚを統合して差分器４０及び減算器４２に出力する統合部（統合手段）である。
【００５８】
上記実施の形態２では、アンテナ及び画像再生部が３個づつ設置される場合、画像レーダ装置の最終段に統合部６８を設けるものについて示したが、図９に示すように、第２の立体図生成部３９，６４の後段に統合部６９を設けて、統合部６９が第２の立体図生成部３９，６４により生成された立体図Ｙ，Ｚを統合して差分器４０及び減算器４２に出力するようにしてもよい。
この場合も、上記実施の形態２と同様の理由から局所的に生じる大きな誤差の抑圧度を高めることができる効果を奏する。
また、この実施の形態３の場合、上記実施の形態２のように、差分器６５，誤差推定部６６及び減算器６７を追加する必要がないので、上記実施の形態２よりも構成の簡略化を図ることができる効果も奏する。
【００５９】
この実施の形態３では、アンテナ及び画像再生部が３個づつ設置される場合について示したが、アンテナ及び画像再生部が４個以上設置される場合にも拡張できることは容易に想像できる。即ち、アンテナ及び画像再生部が４個以上設置される場合、第２の立体図生成部６４を２個以上追加すればよい。
【００６０】
実施の形態４．
図１０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８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。
７０は画像再生部６３により再生されたレーダ画像Ｃを一定時間遅延させる遅延部（遅延手段）、７１は遅延部７０による遅延前後のレーダ画像Ｃの振幅に基づいて目標の立体図Ｗを生成する第１の立体図生成部（第１の立体図生成手段）であり、第１の立体図生成部３８と同一の原理により立体図を生成する。
【００６１】
７２は第２の立体図生成部３９により生成された立体図Ｙから第１の立体図生成部７１により生成された立体図Ｗを減算して、双方の立体図の差分Δｈを求める差分器、７３は差分器７２により求められた立体図の差分Δｈから第２の立体図生成部３９により生成された立体図Ｙの誤差を推定する誤差推定部、７４は第２の立体図生成部３９により生成された立体図Ｙから、誤差推定部７３により推定された誤差を減算する減算器である。なお、差分器７２，誤差推定部７３及び減算器７４から補正手段が構成されている。
７５は減算器４２から出力される補正後の立体図と減算器７４から出力される補正後の立体図を統合する統合部（統合手段）である。
【００６２】
上記実施の形態１では、アンテナ及び画像再生部が２個づつ設置されるものについて示したが、アンテナ及び画像再生部が３個づつ設置される場合、図１０に示すように、遅延部３７，第１の立体図生成部３８，差分器４０，誤差推定部４１及び減算器４２に相当する遅延部７０，第１の立体図生成部７１，差分器７２，誤差推定部７３及び減算器７４を追加して、減算器４２から出力される補正後の立体図と減算器７４から出力される補正後の立体図を統合する統合部７５を設けるようにしてもよい。
【００６３】
この場合、上記実施の形態１と同様にして、アンテナ３１，３２により受信された目標の反射信号に基づいて生成された補正後の立体図が減算器４２から出力される他、同一の原理にしたがって、アンテナ３２，６１により受信された目標の反射信号に基づいて生成された補正後の立体図が減算器７４から出力される。
統合部７５は、上述したように、減算器４２から出力される補正後の立体図と減算器７４から出力される補正後の立体図を統合するので、誤差の抑圧処理が冗長的になり、局所的に生じる大きな誤差の抑圧度を高めることができる効果を奏する。
【００６４】
なお、統合部７５による立体図の統合は、双方の立体図の平均を求めてもよいし、中央値を求めてもよい。あるいは、周囲の高さの平均に最も近い高さを出力するようにしてもよい。
この実施の形態４では、アンテナ及び画像再生部が３個づつ設置される場合について示したが、アンテナ及び画像再生部が４個以上設置される場合にも拡張できることは容易に想像できる。即ち、アンテナ及び画像再生部が４個以上設置される場合、第１の立体図生成部７１や誤差推定部７３等を２個以上追加すればよい。
【００６５】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、第１の立体図生成手段により生成された立体図と第２の立体図生成手段により生成された立体図の差分を求めて、その差分から第２の立体図生成手段により生成された立体図の誤差を推定し、第２の立体図生成手段により生成された立体図から当該推定結果を減算するように構成したので、局所的に生じる大きな誤差を除去して、精度の高い立体図を得ることができる効果がある。
【００６６】
この発明によれば、アンテナ及び画像再生手段が３以上設置される場合、第２の立体図生成手段及び補正手段を２以上設置し、複数の補正手段から出力される立体図を統合するように構成したので、局所的に生じる大きな誤差の抑圧度を高めることができる効果がある。
【００６７】
この発明によれば、アンテナ及び画像再生手段が３以上設置される場合、第２の立体図生成手段を２以上設置し、複数の第２の立体図生成手段により生成された立体図を統合して補正手段に出力するように構成したので、局所的に生じる大きな誤差の抑圧度を高めることができる効果がある。
【００６８】
この発明によれば、アンテナ及び画像再生手段が３以上設置される場合、遅延手段、第１の立体図生成手段及び補正手段を２以上設置し、複数の補正手段から出力される立体図を統合するように構成したので、局所的に生じる大きな誤差の抑圧度を高めることができる効果がある。
【００６９】
この発明によれば、第１の立体図生成手段により生成された立体図と第２の立体図生成手段により生成された立体図の差分を求める差分器と、複数のレーダ画像の位相差に対する目標の高さの感度を計算して、その感度に２πを乗算する演算器と、その差分器から出力された立体図の差分を演算器の乗算結果で除算する除算器と、その除算器の除算結果を整数化し、その整数化後の除算結果に演算器の乗算結果を乗算する整数化乗算器と、第２の立体図生成手段により生成された立体図から整数化乗算器の乗算結果を減算する減算器とから補正手段を構成したので、構成の複雑化を招くことなく、局所的に生じる大きな誤差を除去することができる効果がある。
【００７０】
この発明によれば、目標の立体図を生成する際、遅延手段による遅延前後のレーダ画像の振幅を比較して、そのレーダ画像における輝点の速度分布を求める一方、目標とレーダの相対運動を要素とする３次元の正方行列を求め、その３次元の正方行列、レーダ画像及び輝点の速度分布から目標の立体図を生成するように構成したので、局所的に大きな誤差が生じない立体図が得られる効果がある。
【００７１】
この発明によれば、目標の立体図を生成する際、複数の画像再生手段により再生されたレーダ画像の位相差を求め、その位相差から複数のアンテナと目標の位置関係から決まる位相変化を除去して、目標の立体図を生成するように構成したので、局所的に大きな誤差が生じても、全体的には精度の高い立体図が得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による画像レーダ装置を示す構成図である。
【図２】誤差推定部の内部構成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処理内容を示すフローチャートである。
【図４】観測対象である地形（目標）を示す説明図である。
【図５】第１の立体図生成部により生成された立体図Ｘを示す説明図である。
【図６】第２の立体図生成部により生成された立体図Ｙを示す説明図である。
【図７】減算器から出力された補正後の立体図を示す説明図である。
【図８】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９】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１０】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１１】従来の画像レーダ装置（第１の従来例）を示す構成図である。
【図１２】レーダ画像の時間変化を説明する説明図である。
【図１３】送受信アンテナと目標の位置関係を示す説明図である。
【図１４】観測座標系を説明する補助的な説明図である。
【図１５】地表面を観測する場合のジオメトリを示す説明図である。
【図１６】従来の画像レーダ装置（第２の従来例）を示す構成図である。
【図１７】従来の画像レーダ装置（第２の従来例）の観測方法を示す説明図である。
【符号の説明】
３１，３２　アンテナ、３３，３４　送受信部（画像再生手段）、３５，３６画像再生部（画像再生手段）、３７　遅延部（遅延手段）、３８　第１の立体図生成部（第１の立体図生成手段）、３９　第２の立体図生成部（第２の立体図生成手段）、４０　差分器（補正手段）、４１　誤差推定部（補正手段）、４２減算器（補正手段）、５１　測定感度計算部（演算器）、５２　乗算器（演算器）、５３　除算器、５４　整数化部（整数化乗算器）、５５　乗算器（整数化乗算器）、６１　アンテナ、６２　送受信部（画像再生手段）、６３　画像再生部（画像再生手段）、６４　第２の立体図生成部（第２の立体図生成手段）、６５　差分器（補正手段）、６６　誤差推定部（補正手段）、６７　減算器（補正手段）、６８　統合部（統合手段）、６９　統合部（統合手段）、７０　遅延部（遅延手段）、７１　第１の立体図生成部（第１の立体図生成手段）、７２　差分器（補正手段）、７３　誤差推定部（補正手段）、７４　減算器（補正手段）、７５　統合部（統合手段）。
【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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