(57)【要約】【課題】  逆合成開口レーダ装置の目標の識別確度を向上させる。【解決手段】  フリーズ画から目標の幅、長さ、位置を抽出するフリーズ画計測部と、目標ごとに目標の幅、長さ、位置の目標データを予め格納する目標データデータベースと、計測結果と目標データを照合して目標選定信号を生成するパラメータ照合部と、実観測時の環境条件を基に環境変数を生成する環境変数生成部と、環境条件と環境変数の環境データデータベースと、レーダ諸元に基づいて読み出した環境変数を基に、目標モデルから参照画像を生成する疑似ＩＳＡＲ画像生成部と、目標選定信号に基づいて参照画像を選定する目標選定部と、フリーズ画と選定参照画像のパターン照合を行って照合結果を得るパターン照合部と、照合結果、フリーズ画、参照画像、目標データを表示信号に変換する照合結果処理部とを備える。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信種信号を高周波信号にしてアンテナから自由空間へ電波として放射し、目標により反射された反射エコーをアンテナで収集し、パルス圧縮した後、Ａ／Ｄ変換してデジタルのビデオ信号を生成し、ビデオ信号からＩＳＡＲ画像を生成する逆合成開口レーダ装置において、
ビデオ信号から収集時の観測条件を用いて合成開口処理を行ってＩＳＡＲ画像を生成するＩＳＡＲ画像生成部と、
生成されたＩＳＡＲ画像からフリーズ画を生成するフリーズ画生成部と、
生成されたフリーズ画に対して、指定された目標の検索条件および特徴点の位置を基に計測結果として目標の幅、長さおよび位置を抽出するフリーズ画計測部と、
目標ごとに目標の幅、長さおよび位置を含む目標データを予め格納する目標データデータベースと、
前記計測結果と前記目標データを照合して目標選定信号を生成するパラメータ照合部と、
実観測時の環境条件を基にロール、ピッチ、ヨーの周波数を含む環境変数を生成する環境変数生成部と、
前記環境条件と生成された環境変数を格納する環境データデータベースと、
入力されるレーダ諸元に基づいて前記環境データデータベースから読み出した環境変数を基に、予めデータベース化された目標モデルから疑似ＩＳＡＲ画像を生成して参照画像として出力する疑似ＩＳＡＲ画像生成部と、
前記目標選定信号に基づいて前記参照画像を選定する目標選定部と、
前記フリーズ画と選定された参照画像とを用いて画像ごとにパターン照合を行って類似性を示す照合結果を得るパターン照合部と、
前記照合結果、対応するフリーズ画、選定された参照画像およびパラメータ照合で用いた目標データを表示信号に変換する照合結果処理部と、
変換された表示信号に基づいてモニタに表示する操作表示部とを備えたことを特徴とする逆合成開口レーダ装置。
【請求項２】
照合結果処理部は、パターン照合に用いられた参照画像の生成時の環境条件および環境変数からなる環境データを環境データデータベースから読出して表示信号に変換し、
操作表示部は、照合結果の表示時に、前記環境データを表示することを特徴とする請求１記載の逆合成開口レーダ装置。
【請求項３】
操作表示部は、オペレータ操作により、表示している環境データ上の環境変数を任意に変更するようにし、前記環境データ上の環境条件と変更された環境変数との関係を環境データベースに格納するようにしたことを特徴とする請求項２記載の逆合成開口レーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、目標類別の向上を図る逆合成開口レーダ（Inverse Synthetic Aperture Rader：以下ＩＳＡＲとする）装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＩＳＡＲは航空機等に搭載されて用いられる高分解能レーダとして知られている。従来のＩＳＡＲでは、受信機で発生させた送信種信号を高周波信号（ＲＦ信号）にしてアンテナから自由空間へ電波として放射し、目標により反射された反射エコーをアンテナで受信し、パルス圧縮した後、Ａ／Ｄ変換してデジタルのビデオ信号を生成し、そのビデオ信号に対してレンジ方向（アンテナからの距離方向）の高分解能化、すなわちＩＳＡＲ処理を図っている（例えば、特許文献１参照）。このＩＳＡＲ処理では、ビデオ信号に対して開口面について合成を行い、クロスレンフリーズ画となる。表示上では、下側に図９（ｂ）のように参照画像が、上側に図９（ａ）のように変換後のフジ方向（レンジ方向に直交する方向）についての高分解能化と、前述のパルス圧縮によるレンジ方向についての高分解能化を行った目標の画像を形成する。画像を表示するにあたっては、オペレータ指示のフリーズ画と、ある環境条件で決まった環境変数により生成された参照画像を表示する。
【０００３】
また、この種のレーダ装置に適用される目標を識別する技術として、目標から反射されるレーダエコーをＩＳＡＲ画像生成部で処理して時系列のＩＳＡＲ画像を生成し、このＩＳＡＲ画像を目標抽出部に順に取り込んでＩＳＡＲ画像に含まれる未知の目標シルエット等の特徴を抽出し、抽出した特徴と辞典作成部に予め登録されている既知の目標の特徴をベクトル空間において照合することにより、未知の目標の類識別を行うものがある（例えば、特許文献２参照）。この方法によれば、ＩＳＡＲ画像に対してノイズを伴って様々に歪んで獲得される目標の特徴の解析をベクトル空間において安定に行い、レーダにおける高速な未知の目標の類識別を容易にするというものである。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２０１５７０号公報（図２５〜図２９）
【特許文献２】特開２００２−６０３４号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の逆合成開口レーダ装置は以上のように構成されているが、次のような問題がある。
特許文献１に記載の技術では、フリーズ画との画像間照合を行うパターン照合で用いる参照画像は、目標モデルに対して環境条件ごとに特定の環境変数を用いて生成したものであるため、ＩＳＡＲの本来の目的である目標の画像化による目標類別に対し、プラットフォームの実観測時の環境条件を反映できていない場合が起りえる。そのため、識別確度が低くなる。また、特許文献２に記載の技術では、既知の目標の特徴は予め辞書作成部に登録されているものを用いているため、環境条件と実観測に基づいた環境変数の関係については推定できず、実観測に基づいた参照画像を生成できず、目標の類別確度が低くなる。
【０００６】
この発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、実観測に基づいた環境変数を用いてパターン照合を行う参照画像を生成することにより目標の識別確度を向上させる逆合成開口レーダ装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る逆合成開口レーダ装置は、送信種信号を高周波信号にしてアンテナから自由空間へ電波として放射し、目標により反射された反射エコーをアンテナで収集し、パルス圧縮した後、Ａ／Ｄ変換してデジタルのビデオ信号を生成し、ビデオ信号からＩＳＡＲ画像を生成する逆合成開口レーダ装置において、ビデオ信号から収集時の観測条件を用いて合成開口処理を行ってＩＳＡＲ画像を生成するＩＳＡＲ画像生成部と、生成されたＩＳＡＲ画像からフリーズ画を生成するフリーズ画生成部と、生成されたフリーズ画に対して、指定された目標の検索条件および特徴点の位置を基に計測結果として目標の幅、長さおよび位置を抽出するフリーズ画計測部と、目標ごとに目標の幅、長さおよび位置を含む目標データを予め格納する目標データデータベースと、計測結果と前記目標データを照合して目標選定信号を生成するパラメータ照合部と、実観測時の環境条件を基にロール、ピッチ、ヨーの周波数を含む環境変数を生成する環境変数生成部と、環境条件と生成された環境変数を格納する環境データデータベースと、入力されるレーダ諸元に基づいて環境データデータベースから読み出した環境変数を基に、予めデータベース化された目標モデルから疑似ＩＳＡＲ画像を生成して参照画像として出力する疑似ＩＳＡＲ画像生成部と、目標選定信号に基づいて参照画像を選定する目標選定部と、フリーズ画と選定された参照画像とを用いて画像ごとにパターン照合を行って類似性を示す照合結果を得るパターン照合部と、照合結果、対応するフリーズ画、選定された参照画像およびパラメータ照合で用いた目標データを表示信号に変換する照合結果処理部と、変換された表示信号に基づいてモニタに表示する操作表示部とを備えたものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、プラットフォームの実観測時の環境条件に基づいて生成した環境変数を用いてパターン照合する参照画像を生成するので、より実観測時の状況に近い参照画像を用いた目標の識別を行うことができ、類別確度を向上できる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
実施の形態１．
最初に、目標とレーダの位置関係と、画像の形成について説明する。
目標が、例えば船舶の場合、図２に示すようなレーダとの位置関係が考えられる。合成開口の開始時距離Ｒ０から終了時距離Ｒτまでレーダを接近させる場合には、レーダのニアレンジが船首、ファーレンジが船尾となり、レーダ受信信号のレンジ情報を横方向に、強度情報（反射強度）を縦方向にとってレンジプロファイル、すなわちフリーズ画に対し各レンジセルの反射強度を表現した画像が生成される。このレンジプロファイルは図４に示される。また、レーダ受信信号のレンジ情報を横方向に、ドップラ情報を縦方向にとったＩＳＡＲ画像のフリーズ画（動画表示中に停止した任意のＩＳＡＲ画像）が図３のように操作表示部で表示される。
【００１０】
図１はこの発明の実施の形態１による逆合成開口レーダ装置の構成を示すブロック図である。
図示してないが、逆合成開口レーダ装置では、受信機で発生させた送信種信号を高周波信号にしてアンテナから自由空間へ電波として放射し、目標により反射された反射エコーをアンテナで収集し、パルス圧縮した後、Ａ／Ｄ変換してデジタルのビデオ信号を生成する。ＩＳＡＲ画像生成部１には、このビデオ信号と観測条件が入力される。ＩＳＡＲ画像生成部１は、収集時の観測条件を用いてビデオ信号に対し、開口面について合成を行うことによりクロスレンジ方向（レンジ方向に直行する方向）についての高分解能化、すなわちＩＳＡＲ処理（合成開口処理）を行い、加えて、パルス圧縮によるレンジ方向について高分解能化を行い、目標の画像信号としてＩＳＡＲ画像を生成する。ここで用いられる観測条件は、ＩＳＡＲ処理に必要なパラメータであり、具体的にはアンテナの諸元、アンテナの位置と移動速度、および目標の相対位置と相対速度である。また、アンテナの諸元とは、送信出力、波長、パルス幅等である。
【００１１】
次に、ＩＳＡＲ画像生成部１におけるＩＳＡＲ処理の一般的な手順について、図５のフローチャートで説明する。
ＩＳＡＲ画像生成部１では、入力されたビデオ信号に対して、時間軸上でデータの距離と振幅情報により目標を追尾し、パルスヒットごとのレンジセル単位の移動量を距離補償量として算出する（ステップＳＴ１）。その距離補償量を用いて、目標の移動による距離のずれに対してレンジセル単位でビデオ信号を距離補償する（ステップＳＴ２）。その結果、目標はあたかも静止しているかのように扱える。次に、周波数軸上で時間と周波数情報によりオートフォーカスし、追尾速度から目標のドップラ周波数を積分して位相量を位相補償量として算出する（ステップＳＴ３）。その位相補償量により、目標の移動によるドップラシフトを複素演算により求めてビデオ信号を補償する（ステップＳＴ４）。その補償後のビデオ信号に対してＦＦＴ（Fast Fourier Transform：高速フーリエ変換）処理を行い、目標の動揺（ロール、ピッチ、ヨーの周波数）成分を弁別する（ステップＳＴ５）。そして、信号の振幅を検出し、ＩＳＡＲ画像を生成して出力する。また、一合成開口分の同一レンジ方向の振幅値を積分したレンジプロファイルのＩＳＡＲ画像を生成する（ステップＳＴ６）。
【００１２】
フリーズ画生成部２では、ＩＳＡＲ画像生成部１で生成されたＩＳＡＲ画像から、オペレータ指示により、図４のフリーズ画を生成し、画像照合部４に出力する。ここで、操作表示部６で表示されるフリーズ画は、複数の異なる輝度変換テーブル（図示せず）を用いて輝度変換の処理がなされる。これらの輝度変換の種類としては、例えば、図６に示すように三角波変換（ａ）、線形変換（ｂ）、区分線形変換（ｃ）、ＬＯＧ変換（ｄ）、平坦化（ｅ）などがある。図６の右側にそれぞれ方法で輝度変換されたＩＳＡＲ画像のフリーズ画が示されている。
【００１３】
ＩＳＡＲ画像は、光学画像のようにそのまま人の目で識別できる画像ではなく、観測点から送信される電波が観測物に到達し、その電波反射の割合により明暗が分布する特殊な画像である。したがって、逆合成開口レーダ装置で目標識別を行うには、予め電波の反射を計算機上でシミュレーションし、その結果として得られる疑似ＩＳＡＲ画像（参照画像）とＩＳＡＲ画像との類別を行う必要がある。この参照画像は図７に例示される。
【００１４】
環境変数生成部３１では、実観測時に記録されたプラットフォームの環境条件（シーステート等）が入力されると、この環境条件に基づいてロール、ピッチ、ヨーの周波数を含む環境変数を生成する。環境条件と生成された環境変数は環境データとして環境データデータベース３２に格納される。疑似ＩＳＡＲ画像生成部３３には、レーダ諸元および目標モデルが与えられる。レーダ諸元は、送信出力、波長、パルス幅等のアンテナの諸元である。目標モデルは、例えば船舶の場合、船舶に電波が当たった時にどのようなＩＳＡＲ画像が生成できるかシミュレーションで作成（作成されたものを擬似ＩＳＡＲ画像と呼ぶ）するために必要なポリゴン上のモデルである。この目標モデルは、その複数が予めデータベース化されているものとする。疑似ＩＳＡＲ画像生成部３３は、レーダ諸元に基づいて環境データデータベース３２から環境変数を読み出し、この環境変数を基に目標モデルから疑似ＩＳＡＲ画像を生成して参照画像として出力する。ここでは、実観測時の環境条件を用いて疑似ＩＳＡＲ画像、すなわち参照画像を生成しているので、より実観測に近い参照画像の生成が可能となる。
【００１５】
画像照合部４は、フリーズ画計測部４１、パラメータ照合部４２、目標選定部４３、パターン照合部４４および照合結果処理部４５から構成されている。フリーズ画計測部４１では、フリーズ画生成部２で生成されたＩＳＡＲ画像のフリーズ画に対して、オペレータ指示により目標の検索条件および特徴点の位置の選定条件が指定されることにより、計測結果として目標の幅、長さおよび位置を抽出し、パラメータ照合部４２に出力する。ここで、目標の検索条件は、長さ、特徴点の位置等目標の特徴を示す情報である。目標の特徴点は、ＩＳＡＲ画像で分別が可能な個所、例えば図３のフリーズ画の各ピークを表している。
【００１６】
目標データデータベース５には、目標ごとに目標の幅、長さおよび位置を含む目標データが予め格納されている。パラメータ照合部４２では、フリーズ画計測部４１で得られた計測結果と目標データデータベース５の目標データを照合してどの目標かを示す目標選定信号を生成し、目標選定部４３に出力する。目標選定部４３は、目標選定信号によって疑似ＩＳＡＲ画像生成部３３からの参照画像を選定しパターン照合部４４に与える。
パターン照合部４４では、フリーズ画生成部２から得られたフリーズ画と、目標選定部４３により選定された参照画像とを用いて画像ごとに輝度レベルのパターン照合（相関処理）を行い、類似性を数値や割合で表した照合結果を得、選定された参照画像および対応するフリーズ画と共に照合結果処理部４５へ出力する。照合結果処理部４５では、照合結果、選定された参照画像、対応するフリーズ画およびパラメータ照合で用いた目標データを表示信号に変換し、オペレータが操作する操作表示部６へ出力する。この場合、フリーズ画生成部２のフリーズ画と疑似ＩＳＡＲ画像生成部３３の参照画像が、操作表示部６の解像度、表示輝度ダイナミックレンジ、操作情報等に合致した表示信号へと変換される。
【００１７】
操作表示部６では、最初の段階では、とりあえず入力された表示信号によるフリーズ画が表示され、さらに、輝度変換テーブルの選択により輝度変換後のフリーズ画が表示される。例えば、ＬＯＧ変換が適用された場合、図８（ｂ）のように画面の下側に変換前のフリーズ画が、また図８（ａ）のように上側に変換後のフリーズ画が表示され、その変換方法が最適なものかを判断できるようにする。最適なものと判断された場合、以後、パラメータ照合、パターン照合された後の画像の表示では、図９（ｂ）のように画面の下側に選定された参照画像が、図９（ａ）のように上側に変換後のフリーズ画が表示される。
【００１８】
以上のように、この実施の形態１によれば、ＩＳＡＲ画像のフリーズ画に対して、パラメータ照合を行って目標選定信号を生成し、プラットフォームの実観測時の環境条件より生成した環境変数を用いて目標モデルから参照画像を生成し、生成された参照画像を目標選定信号を用いて選定し、選定された参照画像とフリーズ画とをパターン照合し、その照合結果、選定された参照画像、対応するフリーズ画を表示するようにしている。したがって、実観測に基づいた環境変数を用いて参照画像を生成するようにしたため、目標の類別確度を向上させる効果が得られる。
【００１９】
実施の形態２．
図１０はこの発明の実施の形態２による逆合成開口レーダ装置の構成を示すブロック図で、図において、図１と同一および相当する部分には同一符号を付し、原則としてその説明は省略する。図１と異なる点は、照合結果処理部４５と環境データデータベース３２間でデータのやり取りを行うようにしていることである。
操作表示部６では、パターン照合を行った後、照合結果の表示を行うが、この照合結果に対応した参照画像、フリーズ画、目標データを表示することについて実施の形態１でも述べた。この実施の形態２では、さらに、照合結果処理部４５が、パターン照合に用いられた参照画像の生成時の環境条件、環境変数からなる環境データを環境データデータベース３２から読出し表示信号に変換する。結果として、操作表示部６は、照合結果の表示時に、環境条件、環境変数を表示する。
【００２０】
また、照合結果の表示時に、操作表示部６で、オペレータ操作により、表示している環境データ上の環境変数を任意に変更するようにしており、このことにより、環境データ上の環境条件（シーステート等）と変更された環境変数（目標の動揺条件）との関係を環境データベースに格納される。したがって、参照画像、パターン照合部４４の照合結果を再処理して表示したり、次回の参照画像生成時に用いることができる。また、実観測されたフリーズ画と実観測時の環境条件を基に生成された参照画像とを比較したときに、環境条件と環境変数の関係を推定することが可能となる。
【００２１】
以上のように、この実施の形態２によれば、実施の形態１の構成に加え、照合結果の表示時に環境データを表示するようにしており、また、その際、操作表示部で、オペレータ操作により環境変数を任意に変更することで、変更したデータを環境データデータベースに格納するようにしている。したがって、参照画像および照合結果を再処理して表示することができるし、また推定した環境条件と観測変数の関係を格納しておくことにより、次回の参照画像生成で用いることが可能となる。ここでは、照合結果だけでなく、実観測されたフリーズ画と実観測時の環境条件を基に生成された参照画像とを同一画面で比較できるので、視認的な照合結果の把握が可能となる。最終的には、目標の類別確度を向上させる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】この発明の実施の形態１による逆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】この発明の各実施の形態に係る目標とレーダの位置関係を示す説明図である。
【図３】この発明の各実施の形態に係るＩＳＡＲ画像のフリーズ画を示す説明図である。
【図４】この発明の各実施の形態に係るレンジプロファイルを示す説明図である。
【図５】この発明の各実施の形態に係るＩＳＡＲ画像生成部のＩＳＡＲ処理の動作手順を示すフローチャートである。
【図６】この発明の各実施の形態に係る輝度変換テーブルの種類を例示する説明図である。
【図７】この発明の各実施の形態に係る参照画像を示す説明図である。
【図８】この発明の各実施の形態に係る輝度変換処理前後のフリーズ画の表示例を示す説明図である。
【図９】この発明の各実施の形態に係る輝度変換後のフリーズ画と参照画像の表示例を示す説明図である。
【図１０】この発明の実施の形態２による逆合成開口レーダ装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００２３】
１  ＩＳＡＲ画像生成部、２  フリーズ画生成部、３  参照画像生成部、４  画像照合部、５  目標データデータベース、６  操作表示部、３１  環境変数生成部、３２  環境データデータベース、３３  疑似ＩＳＡＲ画像生成部、４１  フリーズ画計測部、４２  パラメータ照合部、４３  目標選定部、４４  パターン照合部、４５  照合結果処理部。
【図１】
2005345125.tif 000003
【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】
2005345125.tif 000009
【図８】
2005345125.tif 000010
【図９】
2005345125.tif 000011
【図１０】
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