(57)【要約】      （修正有）【課題】ＳＡＲが搭載されるプラットフォームの動揺に起因する画像の劣化に対してＳＡＲの画像の分解能を高める。【解決手段】ＳＡＲセンサ１は高周波パルス信号を放射し、その反射信号を受信して受信信号を出力し、動揺センサ２は移動プラットフォームの位置、速度、加速度の動揺データを出力する。画像サイズ決定部３は、動揺センサ２より出力された動揺データに基づき、ＳＡＲ画像の中心を基準とした移動プラットフォームの動揺による受信信号の位相誤差が、ＳＡＲ画像の周縁において所定値以下になるよう一度に再生するＳＡＲ画像の画像サイズを決定し、画像再生処理部４は、ＳＡＲセンサ１より出力された受信信号を入力し、画像サイズ決定部３により決定された画像サイズのＳＡＲ画像を再生する。【選択図】        図１
2005024311.tif 000002
【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地表や海面のＳＡＲ画像を得る合成開口レーダ装置において、
高周波パルス信号を放射し、その反射信号を受信して受信信号を出力するＳＡＲセンサと、
上記移動プラットフォームの位置、速度、加速度の動揺データを出力する動揺センサと、
上記動揺センサより出力された動揺データに基づき、ＳＡＲ画像の中心を基準とした移動プラットフォームの動揺による受信信号の位相誤差が、ＳＡＲ画像の周縁において所定値以下になるよう一度に再生するＳＡＲ画像の画像サイズを決定する画像サイズ決定部と、
上記ＳＡＲセンサより出力された受信信号を入力し、上記画像サイズ決定部により決定された画像サイズのＳＡＲ画像を再生する画像再生処理部とを備えたことを特徴とする合成開口レーダ装置。
【請求項２】
動揺センサの仕様によって決定される動揺センサの計測誤差を格納している計測誤差モデルを備え、
画像サイズ決定部が、上記計測誤差モデルに格納されている上記動揺センサの計測誤差を考慮して、一度に再生するＳＡＲ画像の画像サイズを決定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】
移動プラットフォームに搭載され地表や海面のＳＡＲ画像を得る合成開口レーダ装置において、
高周波パルス信号を放射し、その反射信号を受信して受信信号を出力するＳＡＲセンサと、
上記移動プラットフォームの位置、速度、加速度の動揺データを出力する動揺センサと、
上記動揺センサより出力される動揺データと、ＳＡＲ画像の中心を基準とした移動プラットフォームの動揺による受信信号の位相誤差がＳＡＲ画像の周縁において所定値以下となるよう予め計算された一度に再生するＳＡＲ画像の画像サイズとの対応を格納している動揺データ−画像サイズ対応テーブルと、
上記動揺センサより出力された動揺データより、上記動揺データ−画像サイズ対応テーブルを参照して、一度に再生するＳＡＲ画像の画像サイズを決定する画像サイズ決定部と、
上記ＳＡＲセンサより出力された受信信号を入力し、上記画像サイズ決定部により決定された画像サイズのＳＡＲ画像を再生する画像再生処理部とを備えたことを特徴とする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地表や海面のＳＡＲ画像を得る合成開口レーダ装置において、
高周波パルス信号を放射し、その反射信号を受信して受信信号を出力するＳＡＲセンサと、
上記移動プラットフォームの位置、速度、加速度の動揺データを出力する動揺センサと、
上記動揺センサの仕様によって決定される動揺センサの計測誤差を格納している計測誤差モデルと、
上記動揺センサより出力される動揺データと、ＳＡＲ画像の中心を基準とした移動プラットフォームの動揺による受信信号の位相誤差がＳＡＲ画像の周縁において所定値以下となるよう上記動揺センサの計測誤差を考慮して予め計算された一度に再生するＳＡＲ画像の画像サイズとの対応を格納している動揺データ−画像サイズ対応テーブルと、
上記動揺センサより出力された動揺データと上記計測誤差モデルに格納されている動揺センサの計測誤差により、上記動揺データ−画像サイズ対応テーブルを参照して、一度に再生するＳＡＲ画像の画像サイズを決定する画像サイズ決定部と、
上記ＳＡＲセンサより出力された受信信号を入力し、上記画像サイズ決定部により決定された画像サイズのＳＡＲ画像を再生する画像再生処理部とを備えたことを特徴とする合成開口レーダ装置。
【請求項５】
画像再生処理部により再生されたＳＡＲ画像から位相誤差を推定し、推定した位相誤差により上記ＳＡＲ画像を補償して出力するオートフォーカス処理部を備えたことを特徴とする請求項１、請求項３又は請求項４のうちのいずれか１項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）センサが目標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て受信信号を生成し、動揺センサが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し、その受信信号と移動プラットフォームの位置からＳＡＲ画像を再生する。ここで、ＳＡＲ画像は２次元の高分解能画像である。
【０００３】
移動プラットフォームが所定の軌道を移動することにより、合成開口レーダ装置はＳＡＲ画像を再生するが、移動プラットフォームがこの所定の軌道から外れる動揺によって生じるＳＡＲ画像の中心を基準とした受信信号の位相誤差は、ＳＡＲ画像内の目標の位置によって異なり、動揺補償処理では、この違いが十分小さいとしてＳＡＲ画像の中心の値によりＳＡＲ画像全体を補償している。
【０００４】
しかし、移動プラットフォームの動揺が大きくなると、目標毎に異なるＳＡＲ画像の中心を基準とした受信信号の位相誤差が大きくなり、位相誤差を推定して補償するオートフォーカス処理では、ＳＡＲ画像内の受信信号の位相誤差を一定と仮定して処理を行うために大きな位相誤差を補償できず、ＳＡＲ画像の分解能が劣化する。
【０００５】
【非特許文献１】
Ｗ．Ｇ．Ｃａｒｒａｒａ，Ｒ．Ｓ．Ｇｏｏｄｍａｎ，Ｒ．Ｍ．Ｍａｊｅｗｓｋｉ，“Ｓｐｏｔｌｉｇｈｔ  Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ  Ａｐｅｒｔｕｒｅ  Ｒａｄａｒ”，Ａｒｔｅｃｈ  Ｈｏｕｓｅ，１９９５（ｐ１３−ｐ１４、Ｆｉｇｕｒｅ２．１）
【０００６】
【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おり、移動プラットフォームの動揺の状態によらず、一度に再生するＳＡＲ画像の大きさは一定であるため、移動プラットフォームの動揺が大きくなると、ＳＡＲ画像の中心を基準とした受信信号の位相誤差が大きくなり、再生するＳＡＲ画像の分解能が劣化するという課題があった。
【０００７】
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、移動プラットフォームの動揺の状態に応じて一度に再生するＳＡＲ画像の画像サイズを決定することにより、ＳＡＲ画像の中心を基準としたＳＡＲ画像内の受信信号の位相誤差を抑圧して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。
【０００８】
【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、移動プラットフォームに搭載され地表や海面のＳＡＲ画像を得るものにおいて、高周波パルス信号を放射し、その反射信号を受信して受信信号を出力するＳＡＲセンサと、上記移動プラットフォームの位置、速度、加速度の動揺データを出力する動揺センサと、上記動揺センサより出力された動揺データに基づき、ＳＡＲ画像の中心を基準とした移動プラットフォームの動揺による受信信号の位相誤差が、ＳＡＲ画像の周縁において所定値以下になるよう一度に再生するＳＡＲ画像の画像サイズを決定する画像サイズ決定部と、上記ＳＡＲセンサより出力された受信信号を入力し、上記画像サイズ決定部により決定された画像サイズのＳＡＲ画像を再生する画像再生処理部とを備えたものである。
【０００９】
【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の構成を示すブロック図である。図において、ＳＡＲセンサ１は、アンテナ、送信機及び受信機等から構成され、航空機や衛星等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して観測領域に高周波パルス信号を放射し、その高周波パルス信号の反射信号を受信して受信信号を出力する。
【００１０】
動揺センサ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速度、加速度を計測し、移動プラットフォームの位置を求めて、移動プラットフォームの位置、速度、加速度の動揺データを出力する。
【００１１】
画像サイズ決定部３は、動揺センサ２より出力された位置、速度、加速度の動揺データに基づき、ＳＡＲ画像の中心を基準とした移動プラットフォームの動揺による受信信号の位相誤差が、ＳＡＲ画像の周縁において所定値以下になるよう一度に再生するＳＡＲ画像の画像サイズを決定する。なお、この実施の形態１では、画像サイズ決定部３は、動揺センサ２の計測誤差を考慮しないで、一度に再生するＳＡＲ画像の画像サイズを決定するものとする。
【００１２】
画像再生処理部４は、ＳＡＲセンサ１より出力された受信信号を入力し、動揺センサ２より出力された位置、速度、加速度の動揺データに基づき受信信号の位相を補償すると共に、位置、速度、加速度の動揺データに基づき構成したマッチドフィルタにより、画像サイズ決定部３により決定された画像サイズのＳＡＲ画像を再生する。なお、このＳＡＲ画像は２次元の高分解能画像である。
【００１３】
オートフォーカス処理部５は、画像再生処理部４により再生されたＳＡＲ画像から位相誤差を推定し、推定した位相誤差によりＳＡＲ画像を補償することにより、オートフォーカス処理を行って高分解能のＳＡＲ画像６を出力する。
【００１４】
次に動作について説明する。
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の流れを示すフローチャートである。ステップＳＴ１において、ＳＡＲセンサ１は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観測領域に放射してその高周波パルス信号の反射信号を受信する。また、ＳＡＲセンサ１は収集された信号を増幅し、中間周波数に変換しデジタル信号に変換して受信信号を出力する。
【００１５】
ステップＳＴ２において、動揺センサ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速度、加速度を計測し、移動プラットフォームの位置を求めて、移動プラットフォームの位置、速度、加速度の動揺データを出力し、画像サイズ決定部３は動揺センサ２からの移動プラットフォームの位置、速度、加速度の動揺データを読み込む。
【００１６】
ここで、動揺センサ２が移動プラットフォームの位置を求める方法について説明する。
図３はＸＹＺ座標系の観測座標を示す図である。図３において、点Ｃは移動プラットフォームが移動する軌道の中心（合成開口中心）におけるアンテナの位相中心位置で、点Ｃを通る鉛直線と地表面の交点を座標原点Ｏとする。Ｚ軸を直線ＯＣ上にとり、ビーム照射方向を表すベクトルとＺ軸の外積をＸ軸と定義すると、Ｙ軸はＺ軸とＸ軸の外積で定義される。
【００１７】
このとき、観測領域の中心を点Ａ、ＹＺ平面内においてＹ軸に平行で点Ｃを通る直線と直線ＣＡの為す角をアンテナ俯角θｄｅｐ  とする。また、移動プラットフォームに動揺がない場合の移動プラットフォームの軌道をＫ軸とし、Ｋ軸をＸＹ平面に射影した直線がＸ軸と為す角をスクイント角θｓｑとする。
【００１８】
また、図３において、Ｒ０  は合成開口中心におけるアンテナ位相中心Ｃと観測領域の中心の点Ａの距離を示し、点Ｂは観測領域の中心の点Ａより離れた目標の点を示し、位置Ｑは動揺センサ２の計測誤差を考慮した場合のアンテナ位相中心の位置を示している。
【００１９】
動揺センサ２の計測誤差を考慮しない場合のアンテナ位相中心の位置ＰをＸＹＺ座標系の位置（ｘｐ  ，ｙｐ  ，ｚｐ  ）で表すと次の式（１）で示される。ここで、（ｖｘ  ，ｖｙ  ，ｖｚ  ）は計測した移動プラットフォームの速度ベクトル、（αｘ  ，αｙ  ，αｚ  ）は計測した移動プラットフォームの加速度ベクトル、ｔは時刻を示している。
【数１】
2005024311.tif 000003
【００２０】
移動プラットフォームはＫ軸で示す軌道を移動しつつ、ＳＡＲセンサ１は高周波パルス信号を送信した後、一定時間、その反射信号を受信して１次元の信号列を得る。また、この送受信を複数回繰り返して上記の１次元の信号列を複数行得る。これより、受信信号は２次元の受信信号で表すことができる。以降、先に構成される受信信号の方向を受信信号のレンジ方向、後に構成される受信信号の方向を受信信号のヒット方向と呼ぶ。
【００２１】
図２のステップＳＴ３において、画像サイズ決定部３は、動揺センサ２より出力された位置、速度、加速度の動揺データに基づき、ＳＡＲ画像の中心を基準とした移動プラットフォームの動揺による受信信号の位相誤差が、ＳＡＲ画像の周縁において所定値以下になるよう一度に再生するＳＡＲ画像の画像サイズを決定する。
【００２２】
ステップＳＴ４において、画像再生処理部４は、ＳＡＲセンサ１より出力された受信信号を入力し、動揺センサ２より出力された位置、速度、加速度の動揺データに基づき受信信号の位相を補償すると共に、位置、速度、加速度の動揺データに基づき構成したマッチドフィルタにより、画像サイズ決定部３により決定された画像サイズのＳＡＲ画像を再生する。なお、このＳＡＲ画像は２次元の高分解能画像である。ここで、２次元のＳＡＲ画像のうち、高周波パルス信号の送受信方向の軸をＳＡＲ画像のレンジ軸、レンジ軸と直交する軸をＳＡＲ画像のアジマス軸と呼称する。
【００２３】
ステップＳＴ５において、オートフォーカス処理部５は、画像再生処理部４により再生されたＳＡＲ画像から位相誤差を推定し、推定した位相誤差によりＳＡＲ画像を補償することにより、オートフォーカス処理を行って高分解能のＳＡＲ画像６を出力する。
【００２４】
図４は図２のステップＳＴ３における画像サイズの決定処理の流れを示すフローチャートである。ステップＳＴ１１において、一度に再生するＳＡＲ画像の一辺の長さＷを仮定する。
【００２５】
以降の処理では、仮定した一辺の長さＷのＳＡＲ画像内の各点（ｘｔ  ，ｙｔ  ）、すなわち、下記の式（２）を満足する各点（ｘｔ  ，ｙｔ  ）の受信信号の位相誤差を求めるが、受信信号の位相誤差はＳＡＲ画像の中心に近づくにつれて小さくなることに着目すると、仮定した一辺の長さＷのＳＡＲ画像の周縁上の各点（ｘｔ  ，ｙｔ  ）、すなわち、下記の式（３）を満足する各点（ｘｔ  ，ｙｔ  ）における受信信号の位相誤差を求めることによって、仮定したＳＡＲ画像内の受信信号の最大の位相誤差を求めることができる。
【数２】
2005024311.tif 000004
【００２６】
図５は仮定した一辺の長さＷのＳＡＲ画像の周縁上の各点（ｘｔ  ，ｙｔ  ）と中心の点Ａを示す図であり、この周縁上の各点の間隔は適宜決められた所定の間隔とする。
【００２７】
ステップＳＴ１２において、仮定した一辺の長さＷのＳＡＲ画像の周縁上の各点（ｘｔ  ，ｙｔ  ）における各受信信号の位相φＰＢとＳＡＲ画像の中心における受信信号の位相φＱＡを下記のようにして求める。ここで、位相φＰＢは図３においてアンテナ位相中心の位置Ｐから点Ｂを観測して得られる受信信号の位相を示し、位相φＱＡは図３において点Ｑから点Ａを観測して得られる受信信号の位相を示している。なお、この実施の形態１のように、動揺センサ２の計測誤差を考慮しない場合には点Ｑは点Ｐと一致するが、後述する実施の形態２のように、動揺センサ２の計測誤差を考慮する場合の説明を簡単にするために、ここでは点Ｑを用いて説明する。
【００２８】
ここで、仮定した一辺の長さＷのＳＡＲ画像の再生処理について説明する。
ＳＡＲ画像の再生処理は、ポーラーフォーマット法により、レンジ方向及びヒット方向の２次元に拡がった受信信号を、目標の座標である１点に圧縮することにより行われる。
【００２９】
図６はポーラーフォーマット法の処理を説明する図であり、レンジ方向ＦＦＴ（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）、レンジ圧縮参照信号との乗算、位相補償、補間、レンジ方向ＩＦＦＴ（Ｉｎｖｅｒｓｅ  ＦＦＴ）、アジマス方向ＦＦＴの各処理によりＳＡＲ画像を再生する。
【００３０】
図６において、受信信号のレンジ方向に受信信号をＦＦＴし、レンジ圧縮の参照信号を乗算する。レンジ圧縮の参照信号は、送信した高周波パルス信号と逆の傾きの周波数変調がかかった信号をＦＦＴしたものである。
【００３１】
次に、ＳＡＲ画像中心までの距離に相当する位相を受信信号ｓ１  から補償する位相補償処理と、位相補償処理後の受信信号ｓ２  を補間する処理により、受信信号のヒット方向の信号列が正弦波になるように受信信号を処理することによって、アジマス方向の信号の圧縮を実現する。この手順を図７及び図８を用いて簡単に説明する。なお、ここでは簡単のため、移動プラットフォームに動揺が生じていない場合を想定して説明する。
【００３２】
図７は図３の三角形ＣＰＡを含む平面ωを示す図であり、図７において、Ｂは点目標、ηは角ＣＡＰ、φＡＣＰ  は角ＡＣＰである。また、Ｙ’軸は平面ωが平面ＹＺと交わる直線上の軸、Ｘ’軸は平面ω上でＹ’軸と直交する軸として定義する。ＳＡＲセンサ１はＫ軸上を移動しながら観測領域に周波数変調されたパルス信号を送受信し、受信信号は角度ηと瞬時波長λの関数として得られる。
【００３３】
いま、図６において、レンジ圧縮の参照信号を乗じた直後の受信信号をｓ１  とすると、ポーラーフォーマットは受信信号ｓ１  から線分ＰＡの長さに相当する位相φＰＡを次の式（４）で補償して受信信号ｓ２  を生成する。
【数３】
2005024311.tif 000005
【００３４】
次に、受信信号ｓ２  を図８に示す空間周波数領域の極座標（λ，η）上に写像し、これをデカルト座標（Ｘｐ  ，Ｙｐ  ）上にリサンプルすることによって、アジマス方向の信号の圧縮を実現する。空間周波数領域のデカルト座標系（Ｘｐ  ，Ｙｐ  ）と極座標系（λ，η）の関係を次の式（５）、（６）に示す。
【数４】
2005024311.tif 000006
【００３５】
例えばチャープ変調信号の場合には、受信信号ｓ２  （λ，η）は図８に示す扇形の領域に写像され、この扇形の領域内の長方形について、記録した受信信号をＸｐ  軸及びＹｐ  軸に沿って等間隔にリサンプルし、各々フーリエ変換することによって画像を得ることができる。このとき、Ｘｐ  軸に沿ってフーリエ変換した結果はアジマス軸Ｘ’に、Ｙｐ  軸に沿ってフーリエ変換した結果はレンジ軸Ｙ’に写像される。以上がポーラーフォーマットの原理である。
【００３６】
観測領域の中心の点ＡからＸ軸方向にｘｔ  、Ｙ軸方向にｙｔ  離れた目標を点Ｂとする。移動プラットフォームのアンテナ位相中心の位置は点Ｐであるため、点Ｂを観測して得られる図６の受信信号ｓ１  の位相φＰＢは次の式（７）で表される。ここに、Ｒ０  は合成開口中心におけるアンテナ位相中心Ｃと観測領域の中心の点Ａの距離を表す。
【数５】
2005024311.tif 000007
なお、画像サイズ決定部３が上記式（７）式の計算をする場合に、波長λ、距離Ｒ０  及びアンテナ俯角θｄｅｐ  は予め設定された値を使用するが、ＳＡＲセンサ１の測定毎に変動する場合には、ＳＡＲセンサ１より画像サイズ決定部３に通知される。
【００３７】
一方、動揺センサ２は点Ｑを移動していると計測するため、ポーラーフォーマットの位相補償量φＱＡ、すなわち、点Ｑと点Ａの距離に相当する位相は次の式（８）で表される。
【数６】
2005024311.tif 000008
【００３８】
以上のようにして、図４のステップＳＴ１２における、仮定したＳＡＲ画像の周縁上の各点（ｘｔ  ，ｙｔ  ）における各受信信号の位相φＰＢとＳＡＲ画像の中心における受信信号の位相φＱＡが求められる。
【００３９】
図４のステップＳＴ１３において、仮定したＳＡＲ画像の周縁上の各点（ｘｔ  ，ｙｔ  ）における各受信信号の位相φＰＢとＳＡＲ画像の中心における受信信号の位相φＱＡとの差の位相φＢ  を次の式（９）により求める。
【数７】
2005024311.tif 000009
この位相の差φＢ  は、ポーラーフォーマットにおけるＳＡＲ画像中心までの距離に相当する位相を補償する位相補償処理後の受信信号ｓ２  の位相となる。
【００４０】
ステップＳＴ１４において、デカルト座標軸Ｘｐ  上に生じる受信信号の位相誤差を求めるために、ポーラーフォーマットの原理に基づいて、以下に示すように、位相φＢ  をデカルト座標軸Ｘｐ  の関数で表す。
【００４１】
ポーラーフォーマット法では、空間周波数領域においてＸｐ  に沿って受信信号をフーリエ変換することによりアジマス方向の像を得る。そこで、ここでは図８に示すように、Ｙｐ  ＝Ｙｐ０＝２／λ０  の直線上の受信信号を考える。ただし、λ０  はλ０  ＝２／Ｙｐ０を満たす瞬時波長である。図８から分かるように、直線Ｙｐ  ＝Ｙｐ０＝２／λ０  上の受信信号は、次の瞬時波長λと、角度ηの条件で観測される。ここで、次の式（１０）と式（１１）の関係を満足するλとηを選んで観測を行い、図８の直線Ｙｐ  ＝Ｙｐ０上に受信信号を得るものとする。
【数８】
2005024311.tif 000010
【００４２】
また、図７の三角形ＣＰＡに正弦定理を適用し、次の式（１２）を得る。さらに、φＡＣＰ  について次の式（１３）が成り立つ。ここに、●はベクトルの内積を表す。
【数９】
2005024311.tif 000011
【００４３】
このように、式（１）、（７）、（８）、（１０）、（１１）、（１２）、（１３）を用いると、時間ｔの関数である式（９）のφＢ  を、デカルト座標軸Ｘｐ  の関数として表すことができる。まず、式（９）は、式（７）と式（８）の差となっており、式（７）、（８）は各々式（１）を用いると時間ｔの関数として求められる。一方、時間ｔとデカルト座標軸Ｘｐ  の関係はλ、ηを媒介変数として式（１０）、（１１）、（１２）、（１３）から求めることができる。求めた時間ｔとデカルト座標軸Ｘｐ  の関係式を用いて変数変換を行うことで、次の式（１４）に示すように位相φＢ  をデカルト座標軸Ｘｐ  の関数として表すことができる。
【数１０】
2005024311.tif 000012
すなわち、ステップＳＴ１４において、画像サイズ決定部３は、式（１０）〜式（１３）を用いて時間ｔの関数である式（９）のφＢ  を、デカルト座標軸Ｘｐ  の関数に変換して式（１４）を得る。
【００４４】
ステップＳＴ１５において、移動プラットフォームの動揺が完全に補償できた場合の位相φＢ  ’を求める。ポーラーフォーマット法では、観測領域内では電波伝播の波面を平面であると仮定している。そこで、この条件を満たすようにポーラーフォーマット法の位相補償処理後の位相φＢ  ’を求め、φＢ  とφＢ  ’の差をとると、ポーラーフォーマット法において、移動プラットフォームの動揺による位相誤差を求めることができる。この仮定により求めたφＢ  ’を次の式（１５）に示す。ここで、ＰＡは点Ｐを基準とした点Ａの位置ベクトルを表わし、ＡＢは点Ａを基準とした点Ｂの位置ベクトルを表す。
【数１１】
2005024311.tif 000013
【００４５】
ステップＳＴ１６において、ポーラーフォーマットの原理に基づいて、位相φＢ  ’をデカルト座標軸Ｘｐ  の関数で表す。ここでは、ステップＳＴ１４と同様にして、式（１０）から式（１３）に従い、時間ｔの関数である式（１５）の位相φＢ  ’を、次の式（１６）に示すようにデカルト座標軸Ｘｐ  の関数として表す。
【数１２】
2005024311.tif 000014
【００４６】
ステップＳＴ１７において、移動プラットフォームの動揺による位相誤差ΔφＢ  を、上記式（１４）、（１６）を用いて次の式（１７）により求める。
【数１３】
2005024311.tif 000015
【００４７】
移動プラットフォームの動揺による位相誤差はＳＡＲ画像の中心に近付くにつれて小さくなる。このため、移動プラットフォームの動揺にあわせて画像サイズを制限すると、画像内の分解能劣化を一定値以下に抑圧できる。
【００４８】
ステップＳＴ１８において、ＳＡＲ画像の中心を基準とした移動プラットフォームの動揺による位相誤差ΔφＡＢ  を次の式（１８）により求める。この位相誤差ΔφＡＢは、式（１８）に示すように、観測領域の中心ＡからＸ軸方向にｘｔ  、Ｙ軸方向にｙｔ  離れた点の目標Ｂに生じる位相誤差と、観測領域の中心Ａに生じる位相誤差の差によって求めることができる。
【数１４】
2005024311.tif 000016
【００４９】
ステップＳＴ１９において、上記ステップＳＴ１１で仮定した再生するＳＡＲ画像の一辺の長さＷを変化させて、上記ステップＳＴ１２からＳＴ１８までの処理を繰り返し、次の式（１９）により、所定のしきい値Δφｔｈｒｅを越えない最大の位相誤差ΔφＡＢ  を求め、そのときの一辺の長さＷを一度に再生するＳＡＲ画像の画像サイズとして決定する。ここで、ｍａｘ（ｆ（ｘ，ｙ，ｚ）  ｆｏｒ  ｘ，ｙ，ｚ）はｆ（ｘ，ｙ，ｚ）のｘ，ｙ，ｚに関する最大値を表す。
【数１５】
2005024311.tif 000017
【００５０】
また、所定のしきい値Δφｔｈｒｅは許容する分解能劣化に応じて設定する。例えば、オートフォーカス法によりＳＡＲ画像の中心を結像させた場合に、ＳＡＲ画像の周縁においても分解能を劣化させないためには、Δφｔｈｒｅ＝π／４とする。
【００５１】
以上の処理によって求めたＷを一度に再生する画像の一辺の長さに設定して、画像再生処理部４がＳＡＲ画像を再生すると、再生されたＳＡＲ画像の分解能劣化が所定のしきい値Δφｔｈｒｅで決まる値以下となる。
【００５２】
以上のように、この実施の形態１によれば、動揺センサ２より出力された位置、速度、加速度の動揺データを使用して、一度に再生するＳＡＲ画像の画像サイズを決定してＳＡＲ画像を再生することにより、移動プラットフォームの動揺が大きい場合にも、分解能が高いＳＡＲ画像を得ることができるという効果が得られる。
【００５３】
実施の形態２．
図９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構成を示すブロック図である。図９において、計測誤差モデル７は動揺センサ２の仕様によって決定される動揺センサ２の計測誤差を格納している。
【００５４】
また、画像サイズ決定部８は、計測誤差モデル７に格納されている動揺センサ２の計測誤差を考慮して、動揺センサ２より出力された位置、速度、加速度の動揺データに基づき、ＳＡＲ画像の中心を基準とした移動プラットフォームの動揺による受信信号の位相誤差が、ＳＡＲ画像の周縁において所定値以下になるよう一度に再生するＳＡＲ画像の画像サイズを決定する。その他の構成は実施の形態１の図１に示す構成と同じものである。
【００５５】
次に動作について説明する。
図１０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の流れを示すフローチャートである。図１０において、ステップＳＴ１，ＳＴ２の処理は、実施の形態１の図２に示すステップＳＴ１，ＳＴ２の処理と同じである。
【００５６】
ステップＳＴ３１において、画像サイズ決定部８は、計測誤差モデル７に格納されている動揺センサ２の仕様によって決定される動揺センサ２の計測誤差を読み込む。
【００５７】
ステップＳＴ３２において、画像サイズ決定部８は、読み込んだ動揺センサ２の計測誤差を考慮して、動揺センサ２より出力された位置、速度、加速度の動揺データに基づき、ＳＡＲ画像の中心を基準とした移動プラットフォームの動揺による受信信号の位相誤差が、ＳＡＲ画像の周縁において所定値以下になるよう一度に再生するＳＡＲ画像の画像サイズを決定する。
【００５８】
図１０のステップＳＴ４，ＳＴ５の処理は、実施の形態１の図２に示すステップＳＴ４，ＳＴ５の処理と同じである。
【００５９】
図１１は図１０のステップＳＴ３２における画像サイズの決定処理の流れを示すフローチャートである。ステップＳＴ２１において、動揺センサ２からの位置、速度、加速度の動揺データと、計測誤差モデル７からの動揺センサ２の計測誤差により、次の式（２０）により動揺センサ２の計測誤差を考慮した移動プラットフォームの位置を求める。ここで、ｄｖｘ  ，ｄｖｙ  ，ｄｖｚ  は動揺センサ２の速度計測誤差を示し、ｄαｘ  ，ｄαｙ  ，ｄαｚ  は動揺センサ２の加速度計測誤差を示している。
【数１６】
2005024311.tif 000018
【００６０】
図１１のステップＳＴ１１の処理は実施の形態１の図４のステップＳＴ１１の処理と同じである。
【００６１】
図１１のステップＳＴ２２において、仮定したＳＡＲ画像の周縁上の各点（ｘｔ  ，ｙｔ  ）における各受信信号の位相φＰＢと、動揺センサ２の計測誤差を考慮したＳＡＲ画像の中心における受信信号の位相φＱＡを求める。ここで、仮定したＳＡＲ画像の周縁上の各点（ｘｔ  ，ｙｔ  ）における各受信信号の位相φＰＢについては、実施の形態１の図４のステップＳＴ１２における式（７）を用いて求めるが、動揺センサ２の計測誤差を考慮したＳＡＲ画像の中心における受信信号の位相φＱＡをについては、式（８）の代りに次の式（２１）により求める。
【数１７】
2005024311.tif 000019
【００６２】
図１１のステップＳＴ１３〜ＳＴ１９の処理は、実施の形態１の図４のステップＳＴ１３〜ＳＴ１９の処理と同じである。
【００６３】
以上のように、この実施の形態２によれば、動揺センサ２より出力された位置、速度、加速度の動揺データを使用し、動揺センサ２の計測誤差を考慮して、一度に再生するＳＡＲ画像の画像サイズを決定してＳＡＲ画像を再生することにより、画像サイズを精度良く決定することができ、移動プラットフォームの動揺が大きい場合にも、さらに分解能が高いＳＡＲ画像を得ることができるという効果が得られる。
【００６４】
実施の形態３．
図１２はこの発明の実施の形態３による合成開口レーダ装置の構成を示すブロック図である。図１２において、動揺データ−画像サイズ対応テーブル９は、動揺センサ２より出力される位置、速度、加速度の動揺データと、ＳＡＲ画像の中心を基準とした移動プラットフォームの動揺による受信信号の位相誤差がＳＡＲ画像の周縁において所定値以下となるよう予め計算された一度に再生するＳＡＲ画像の画像サイズとの対応を格納している。
【００６５】
また、画像サイズ決定部１０は、動揺センサ２より出力された位置、速度、加速度の動揺データより、動揺データ−画像サイズ対応テーブル９を参照して、一度に再生するＳＡＲ画像の画像サイズを決定する。その他の構成は実施の形態１の図１に示す構成と同じものである。
【００６６】
次に動作について説明する。
図１３はこの発明の実施の形態３による合成開口レーダ装置の処理の流れを示すフローチャートである。図１３において、ステップＳＴ１，ＳＴ２の処理は、実施の形態１の図２に示すステップＳＴ１，ＳＴ２の処理と同じである。
【００６７】
ステップＳＴ４１において、画像サイズ決定部１０は、動揺センサ２より出力された位置、速度、加速度の動揺データより、動揺データ−画像サイズ対応テーブル９を参照して、一度に再生するＳＡＲ画像の画像サイズを決定する。図１３のステップＳＴ４，ＳＴ５の処理は、実施の形態１の図２に示すステップＳＴ４，ＳＴ５の処理と同じである。
【００６８】
以上のように、この実施の形態３によれば、動揺センサ２より出力された位置、速度、加速度の動揺データを使用し、動揺データ−画像サイズ対応テーブル９を参照して、一度に再生するＳＡＲ画像の画像サイズを決定してＳＡＲ画像を再生することにより、ＳＡＲ画像の画像サイズを高速に決定することができ、移動プラットフォームの動揺が大きい場合にも、分解能が高いＳＡＲ画像を効率良く得ることができるという効果が得られる。
【００６９】
実施の形態４．
図１４はこの発明の実施の形態４による合成開口レーダ装置の構成を示すブロック図である。図１４において、計測誤差モデル７は、実施の形態２の図９と同様に、動揺センサ２の仕様によって決定される動揺センサ２の計測誤差を格納している。
【００７０】
また、動揺データ−画像サイズ対応テーブル１１は、動揺センサ２より出力される位置、速度、加速度の動揺データと、ＳＡＲ画像の中心を基準とした移動プラットフォームの動揺による受信信号の位相誤差がＳＡＲ画像の周縁において所定値以下となるよう動揺センサ２の計測誤差を考慮して予め計算された一度に再生するＳＡＲ画像の画像サイズとの対応を格納している。
【００７１】
さらに、画像サイズ決定部１２は、動揺センサ２からの位置、速度、加速度の動揺データと、計測誤差モデル７に格納されている動揺センサ２の計測誤差より、動揺データ−画像サイズ対応テーブル１１を参照して、一度に再生するＳＡＲ画像の画像サイズを決定する。その他の構成は実施の形態１の図１に示す構成と同じものである。
【００７２】
次に動作について説明する。
図１５はこの発明の実施の形態４による合成開口レーダ装置の処理の流れを示すフローチャートである。図１５において、ステップＳＴ１，ＳＴ２の処理は、実施の形態１の図２に示すステップＳＴ１，ＳＴ２の処理と同じである。また、ステップＳＴ３１の処理は、実施の形態２の図１０に示すステップＳＴ３１の処理と同じである。
【００７３】
ステップＳＴ５１において、画像サイズ決定部１２は、動揺センサ２より出力された位置、速度、加速度の動揺データと、計測誤差モデル７に格納されている動揺センサ２の計測誤差より、動揺データ−画像サイズ対応テーブル１１を参照して、一度に再生するＳＡＲ画像の画像サイズを決定する。図１５のステップＳＴ４，ＳＴ５の処理は、実施の形態１の図２に示すステップＳＴ４，ＳＴ５の処理と同じである。
【００７４】
以上のように、この実施の形態４によれば、動揺センサ２より出力された位置、速度、加速度の動揺データと、計測誤差モデル７に格納されている動揺センサ２の計測誤差を使用し、動揺データ−画像サイズ対応テーブル１１を参照して、一度に再生するＳＡＲ画像の画像サイズを決定してＳＡＲ画像を再生することにより、画像サイズを高速に精度良く決定することができ、決定移動プラットフォームの動揺が大きい場合にも、より分解能が高いＳＡＲ画像を効率良く得ることができるという効果が得られる。
【００７５】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、高周波パルス信号を放射し、その反射信号を受信して受信信号を出力するＳＡＲセンサと、移動プラットフォームの位置、速度、加速度の動揺データを出力する動揺センサと、動揺センサより出力された動揺データに基づき、ＳＡＲ画像の中心を基準とした移動プラットフォームの動揺による受信信号の位相誤差が、ＳＡＲ画像の周縁において所定値以下になるよう一度に再生するＳＡＲ画像の画像サイズを決定する画像サイズ決定部と、ＳＡＲセンサより出力された受信信号を入力し、画像サイズ決定部により決定された画像サイズのＳＡＲ画像を再生する画像再生処理部とを備えたことにより、移動プラットフォームの動揺が大きい場合にも、分解能が高いＳＡＲ画像を得ることができるという効果がある。
【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の構成を示すブロック図である。
【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の流れを示すフローチャートである。
【図３】ＸＹＺ座標系の観測座標を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態１による合成開口レーダ装置の画像サイズの決定処理の流れを示すフローチャートである。
【図５】この発明の実施の形態１による合成開口レーダ装置における仮定した一辺の長さＷのＳＡＲ画像の周縁上の各点と中心を示す図である。
【図６】ポーラーフォーマット法の処理を説明する図である。
【図７】図３の三角形ＣＰＡを含む平面ωを示す図である。
【図８】空間周波数領域のデカルト座標系と極座標系の関係を説明する図である。
【図９】この発明の実施の形態２による合成開口レーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図１０】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の流れを示すフローチャートである。
【図１１】この発明の実施の形態２による合成開口レーダ装置の画像サイズの決定処理の流れを示すフローチャートである。
【図１２】この発明の実施の形態３による合成開口レーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図１３】この発明の実施の形態３による合成開口レーダ装置の処理の流れを示すフローチャートである。
【図１４】この発明の実施の形態４による合成開口レーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図１５】この発明の実施の形態４による合成開口レーダ装置の処理の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１  ＳＡＲセンサ、２  動揺センサ、３  画像サイズ決定部、４  画像再生処理部、５  オートフォーカス処理部、６  ＳＡＲ画像、７  計測誤差モデル、８画像サイズ決定部、９  動揺データ−画像サイズ対応テーブル、１０  画像サイズ決定部、１１  動揺データ−画像サイズ対応テーブル、１２  画像サイズ決定部。
【図１】
2005024311.tif 000020
【図２】
2005024311.tif 000021
【図３】
2005024311.tif 000022
【図４】
2005024311.tif 000023
【図５】
2005024311.tif 000024
【図６】
2005024311.tif 000025
【図７】
2005024311.tif 000026
【図８】
2005024311.tif 000027
【図９】
2005024311.tif 000028
【図１０】
2005024311.tif 000029
【図１１】
2005024311.tif 000030
【図１２】
2005024311.tif 000031
【図１３】
2005024311.tif 000032
【図１４】
2005024311.tif 000033
【図１５】
2005024311.tif 000034