(57)【要約】【課題】レーダ画像の分解能を下げることなく、データの伝送容量を低減することができるようにする。【解決手段】画像再生部４により生成された最新のレーダ画像と画像保存部５により保存されている１つ前のレーダ画像との差異を抽出し、そのレーダ画像間の差異を示す差異情報を出力する差異抽出部６と、差異抽出部６から出力された差異情報を圧縮して、その差異情報の圧縮データを生成するデータ圧縮部７とを設け、データ送信部８が、データ圧縮部７により生成された圧縮データを送信する。【選択図】図１
2013250122.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス状の波動を空間に放射したのち、反射して戻ってきた波動を受信する波動送受信手段と、
上記波動送受信手段の受信信号からレーダ画像を生成するレーダ画像生成手段と、
上記レーダ画像生成手段により生成されたレーダ画像を保存するレーダ画像保存手段と、
上記レーダ画像生成手段により生成された最新のレーダ画像と上記レーダ画像保存手段により保存されているレーダ画像との差異を抽出し、上記レーダ画像間の差異を示す差異情報を出力する差異抽出手段と、
上記差異抽出手段から出力された差異情報を圧縮して、上記差異情報の圧縮データを生成する圧縮データ生成手段と、
上記圧縮データ生成手段により生成された圧縮データを送信する圧縮データ送信手段と
を備えたレーダ装置。
【請求項２】
差異抽出手段は、レーダ画像生成手段により生成された最新のレーダ画像とレーダ画像保存手段により保存されているレーダ画像との差異として、上記レーダ画像間の差分を算出することを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
【請求項３】
差異抽出手段は、レーダ画像生成手段により生成された最新のレーダ画像とレーダ画像保存手段により保存されているレーダ画像との差異として、上記レーダ画像間の比を算出することを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
【請求項４】
差異抽出手段は、レーダ画像生成手段により生成された最新のレーダ画像とレーダ画像保存手段により保存されているレーダ画像との差異として、上記レーダ画像間の比の絶対値の対数と、上記レーダ画像間の位相とを算出し、上記対数と上記位相からなる差異情報を出力することを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
【請求項５】
差異抽出手段は、レーダ画像生成手段により生成された最新のレーダ画像とレーダ画像保存手段により保存されているレーダ画像との位置合わせを行ってから、上記レーダ画像間の差異を抽出する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項記載のレーダ装置。
【請求項６】
パルス状の波動を空間に放射したのち、反射して戻ってきた波動を受信する波動送受信手段と、
上記波動送受信手段の受信信号を保存する受信信号保存手段と、
上記波動送受信手段の最新の受信信号と上記受信信号保存手段により保存されている受信信号との差異を抽出し、上記受信信号間の差異を示す差異情報を出力する差異抽出手段と、
上記差異抽出手段から出力された差異情報を圧縮して、上記差異情報の圧縮データを生成する圧縮データ生成手段と、
上記圧縮データ生成手段により生成された圧縮データを送信する圧縮データ送信手段と
を備えたレーダ装置。
【請求項７】
差異抽出手段は、波動送受信手段の最新の受信信号と受信信号保存手段により保存されている受信信号との差異として、上記受信信号間の差分を算出することを特徴とする請求項６記載のレーダ装置。
【請求項８】
差異抽出手段は、波動送受信手段の最新の受信信号と受信信号保存手段により保存されている受信信号との差異として、上記受信信号間の比を算出することを特徴とする請求項６記載のレーダ装置。
【請求項９】
差異抽出手段は、波動送受信手段の最新の受信信号と受信信号保存手段により保存されている受信信号との差異として、上記受信信号間の比の絶対値の対数と、上記受信信号間の位相とを算出し、上記対数と上記位相からなる差異情報を出力することを特徴とする請求項６記載のレーダ装置。
【請求項１０】
差異抽出手段は、波動送受信手段の最新の受信信号と受信信号保存手段により保存されている受信信号との位置合わせを行ってから、上記受信信号間の差異を抽出することを特徴とする請求項６から請求項９のうちのいずれか１項記載のレーダ装置。
【請求項１１】
差異抽出手段は、差異情報に含まれている地形によって決まる地形位相を除去し、地形位相除去後の差異情報を出力することを特徴とする請求項１から請求項１０のうちのいずれか１項記載のレーダ装置。
【請求項１２】
差異抽出手段は、地表面の地形を示す地形情報と、レーダ装置を搭載している移動体の軌道を示す軌道情報とから地形位相を特定することを特徴とする請求項１１記載のレーダ装置。
【請求項１３】
差異抽出手段は、差異情報における位相差分布の周波数スペクトルを算出して、地形位相が含まれている周波数スペクトルを特定し、上記周波数スペクトルから上記地形位相を除去することを特徴とする請求項１１記載のレーダ装置。
【請求項１４】
レーダ装置から送信された圧縮データを受信する圧縮データ受信手段と、
上記圧縮データ受信手段により受信された圧縮データの圧縮を解除して、レーダ画像間の差異を示す差異情報を出力する圧縮解除手段と、
前回復元されたレーダ画像をレーダ画像保存手段と、
上記圧縮解除手段から出力された最新の差異情報が示すレーダ画像間の差異と上記レーダ画像保存手段により保存されているレーダ画像とから最新のレーダ画像を復元し、上記レーダ画像を上記レーダ画像保存手段に出力するレーダ画像復元手段と
を備えたレーダ信号処理装置。
【請求項１５】
圧縮解除手段は、圧縮データ受信手段により受信された圧縮データが、２つの受信信号間の差異を示す差異情報が圧縮されているデータである場合、上記圧縮データの圧縮を解除して、２つの受信信号間の差異を示す差異情報を求め、上記差異情報から２つのレーダ画像間の差異を示す差異情報を生成し、上記差異情報をレーダ画像復元手段に出力することを特徴とする請求項１４記載のレーダ信号処理装置。
【請求項１６】
レーダ画像復元手段は、圧縮解除手段から出力された最新の差異情報が示すレーダ画像間の差異とレーダ画像保存手段により保存されているレーダ画像とを加算することで、最新のレーダ画像を復元することを特徴とする請求項１４または請求項１５記載のレーダ信号処理装置。
【請求項１７】
レーダ画像復元手段は、圧縮解除手段から出力された最新の差異情報が示すレーダ画像間の差異とレーダ画像保存手段により保存されているレーダ画像とを乗算することで、最新のレーダ画像を復元することを特徴とする請求項１４または請求項１５記載のレーダ信号処理装置。
【請求項１８】
レーダ画像復元手段は、圧縮解除手段から出力された最新の差異情報に含まれている絶対値の対数を真数に変換し、上記真数と上記差異情報に含まれている位相からレーダ画像間の差異を求め、上記レーダ画像間の差異とレーダ画像保存手段により保存されているレーダ画像とを乗算することで、最新のレーダ画像を復元することを特徴とする請求項１４または請求項１５記載のレーダ信号処理装置。
【請求項１９】
レーダ画像復元手段は、地形によって決まる地形位相を復元後のレーダ画像に重畳することを特徴とする請求項１４から請求項１８のうちのいずれか１項記載のレーダ信号処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、衛星や航空機などの移動体に搭載され、地表面を高分解能に観測するレーダ装置と、レーダ装置より送信されたレーダ信号に対する信号処理を実施して高分解能画像を表示するレーダ信号処理装置とに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
合成開口レーダ（ＳＡＲ：Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ  Ａｐｅｒｔｕｒｅ Ｒａｄａｒ）は、例えば、衛星や航空機などの移動体に搭載され、地表面を高分解能に観測するレーダ装置である。
合成開口レーダは、通常、移動体の移動方向とほぼ直交する方向に電波を放射して、電波を地表面に照射する。
そして、合成開口レーダは、電波を照射している地表面の領域において、移動体の移動方向と平行な方向については、合成開口処理によって分解能を得ており、電波の放射方向（距離方向）については、パルス圧縮処理によって分解能を得ている。
【０００３】
ここで、合成開口処理は、角度分解能を高めることができる処理である。一般に、合成開口処理を行わないレーダの角度分解能は、電波を空間に放射する際に用いるアンテナの大きさによって決まり、アンテナの開口が大きい程、高い角度分解能が得られる。
しかし、合成開口レーダを移動体に搭載する場合、搭載可能なアンテナの大きさには限りがある。
そこで、合成開口レーダでは、移動しながら観測を実施して、移動中の一定時間の受信信号を信号処理で合成することで、移動経路長と同じ大きさの開口を有するアンテナと同等の角度分解能を得るようにしている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００４】
なお、衛星に搭載されている合成開口レーダでは、地表面に反射された信号を受信すると、その受信信号を地上局に伝送し、地上局のレーダ信号処理装置が、その受信信号に対する画像再生処理を実施するのが一般的である。
画像再生処理は膨大な演算量を要するため、従来は、衛星に搭載可能な計算機で画像再生を行うのが困難であったためである。
しかし、近年では、計算機の性能が向上しており、衛星に搭載されている合成開口レーダでも、画像再生を実施することが可能な計算機が得られるようになっている。
このため、衛星に搭載されている合成開口レーダが、受信信号に対する画像再生処理を実施することでレーダ画像を生成し、そのレーダ画像を示す画像データを地上局に伝送することも可能になっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１６９８６９号公報（段落番号［００１３］）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のレーダ装置は以上のように構成されているので、レーダ画像を示す画像データ又は受信信号を地上局のレーダ信号処理装置に送信するが、その画像データや受信信号のデータサイズは、一般的に大きなサイズである。このため、レーダ装置がレーダ信号処理装置に送信するデータの容量が大容量になってしまう課題があった。
【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、レーダ画像の分解能を下げることなく、データの伝送容量を低減することができるレーダ装置及びレーダ信号処理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】
【０００８】
この発明に係るレーダ装置は、パルス状の波動を空間に放射したのち、反射して戻ってきた波動を受信する波動送受信手段と、波動送受信手段の受信信号からレーダ画像を生成するレーダ画像生成手段と、レーダ画像生成手段により生成されたレーダ画像を保存するレーダ画像保存手段と、レーダ画像生成手段により生成された最新のレーダ画像とレーダ画像保存手段により保存されているレーダ画像との差異を抽出し、そのレーダ画像間の差異を示す差異情報を出力する差異抽出手段と、差異抽出手段から出力された差異情報を圧縮して、その差異情報の圧縮データを生成する圧縮データ生成手段とを設け、圧縮データ送信手段が、圧縮データ生成手段により生成された圧縮データを送信するようにしたものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、パルス状の波動を空間に放射したのち、反射して戻ってきた波動を受信する波動送受信手段と、波動送受信手段の受信信号からレーダ画像を生成するレーダ画像生成手段と、レーダ画像生成手段により生成されたレーダ画像を保存するレーダ画像保存手段と、レーダ画像生成手段により生成された最新のレーダ画像とレーダ画像保存手段により保存されているレーダ画像との差異を抽出し、そのレーダ画像間の差異を示す差異情報を出力する差異抽出手段と、差異抽出手段から出力された差異情報を圧縮して、その差異情報の圧縮データを生成する圧縮データ生成手段とを設け、圧縮データ送信手段が、圧縮データ生成手段により生成された圧縮データを送信するように構成したので、レーダ画像の分解能を下げることなく、データの伝送容量を低減することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１による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によるレーダ信号処理装置を示す構成図である。
【図３】この発明の実施の形態１によるレーダ装置の差異抽出部６を示す構成図である。
【図４】この発明の実施の形態１によるレーダ信号処理装置のレーダ画像復元部１４を示す構成図である。
【図５】この発明の実施の形態２によるレーダ装置の差異抽出部６を示す構成図である。
【図６】この発明の実施の形態２によるレーダ信号処理装置のレーダ画像復元部１４を示す構成図である。
【図７】この発明の実施の形態３によるレーダ装置の差異抽出部６を示す構成図である。
【図８】この発明の実施の形態３によるレーダ信号処理装置のレーダ画像復元部１４を示す構成図である。
【図９】この発明の実施の形態４によるレーダ装置の差異抽出部６を示す構成図である。
【図１０】この発明の実施の形態４によるレーダ信号処理装置のレーダ画像復元部１４を示す構成図である。
【図１１】この発明の実施の形態５によるレーダ装置を示す構成図である。
【図１２】この発明の実施の形態５によるレーダ信号処理装置を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるレーダ装置を示す構成図である。
図１において、送受信処理部１は信号送受信部２及び空中線３から構成されており、パルス状の電波（波動）を空間に放射したのち、地表面などに反射して戻ってきた電波を受信する処理を実施する。なお、送受信処理部１は波動送受信手段を構成している。
信号送受信部２はパルス状の電波を生成して、その電波を空中線３に出力するパルス生成器や、空中線３により受信された電波を入力して、増幅や周波数変換などを経て生成した受信信号を画像再生部４に出力する受信機などから構成されている。
【００１２】
画像再生部４は例えばＣＰＵ、ＤＳＰ、ＦＰＧＡなどを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、送受信処理部１の受信信号に対する画像再生処理を実施して、レーダ画像を生成する処理を実施する。なお、画像再生部４はレーダ画像生成手段を構成している。
画像保存部５は例えばＲＡＭやハードディスクなどの記憶装置から構成されており、画像再生部４により生成されたレーダ画像を保存する。なお、画像保存部５はレーダ画像保存手段を構成している。
【００１３】
差異抽出部６は例えばＣＰＵ、ＤＳＰ、ＦＰＧＡなどを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、画像再生部４により生成された最新のレーダ画像と画像保存部５により保存されているレーダ画像（画像再生部４により生成された１つ前のレーダ画像）との差異を抽出し、そのレーダ画像間の差異を示す差異情報を出力する処理を実施する。
即ち、差異抽出部６は画像再生部４により生成された最新のレーダ画像と画像保存部５により保存されているレーダ画像（画像再生部４により生成された１つ前のレーダ画像）との差異として、そのレーダ画像間の差分を算出し、その差分を示す差異情報を出力する処理を実施する。
なお、差異抽出部６は差異抽出手段を構成している。
【００１４】
データ圧縮部７は例えばＣＰＵ、ＤＳＰ、ＦＰＧＡなどを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、差異抽出部６から出力された差異情報を圧縮して、その差異情報の圧縮データを生成する処理を実施する。なお、データ圧縮部７は圧縮データ生成手段を構成している。
データ送信部８は例えば送信機などから構成されており、データ圧縮部７により生成された圧縮データを地上局のレーダ信号処理装置に送信する処理を実施する。なお、データ送信部８は圧縮データ送信手段を構成している。
【００１５】
図１の例では、レーダ装置の構成要素である送受信処理部１、画像再生部４、画像保存部５、差異抽出部６、データ圧縮部７及びデータ送信部８のそれぞれが専用のハードウェアで構成されているものを想定しているが、レーダ装置の一部がコンピュータで構成されていてもよい。
例えば、画像保存部５をコンピュータの内部メモリ又は外部メモリ上に構成し、画像再生部４、差異抽出部６及びデータ圧縮部７の処理内容を記述しているプログラムをコンピュータのメモリに格納し、当該コンピュータのＣＰＵが当該メモリに格納されているプログラムを実行するようにすればよい。
【００１６】
図２はこの発明の実施の形態１によるレーダ信号処理装置を示す構成図である。
図２において、データ受信部１１は例えば受信機などから構成されており、図１のレーダ装置から送信された圧縮データを受信する処理を実施する。なお、データ受信部１１は圧縮データ受信手段を構成している。
データ解凍部１２は例えばＣＰＵ、ＤＳＰ、ＦＰＧＡなどを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、データ受信部１１により受信された圧縮データの圧縮を解除して、レーダ画像間の差異を示す差異情報を出力する処理を実施する。なお、データ解凍部１２は圧縮解除手段を構成している。
【００１７】
画像保存部１３は例えばＲＡＭやハードディスクなどの記憶装置から構成されており、レーダ画像復元部１４により前回復元されたレーダ画像を保存する。なお、画像保存部１３はレーダ画像保存手段を構成している。
レーダ画像復元部１４は例えばＣＰＵ、ＤＳＰ、ＦＰＧＡなどを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、データ解凍部１２から出力された最新の差異情報が示すレーダ画像間の差異と、画像保存部１３により保存されているレーダ画像（レーダ画像復元部１４が前回復元している１つ前のレーダ画像）とから最新のレーダ画像を復元して、最新のレーダ画像を画像保存部１３及び画像表示部１５に出力する処理を実施する。
即ち、レーダ画像復元部１４はデータ解凍部１２から出力された最新の差異情報が示すレーダ画像間の差異と、画像保存部１３により保存されているレーダ画像（レーダ画像復元部１４が前回復元している１つ前のレーダ画像）とを加算することで、最新のレーダ画像を復元し、最新のレーダ画像を画像保存部１３及び画像表示部１５に出力する処理を実施する。
なお、レーダ画像復元部１４はレーダ画像復元手段を構成している。
【００１８】
画像表示部１５は例えばＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）や液晶ディスプレイなどから構成されており、レーダ画像復元部１４により復元されたレーダ画像を表示する処理を実施する。
【００１９】
図２の例では、レーダ信号処理装置の構成要素であるデータ受信部１１、データ解凍部１２、画像保存部１３、レーダ画像復元部１４及び画像表示部１５のそれぞれが専用のハードウェアで構成されているものを想定しているが、レーダ信号処理装置の一部がコンピュータで構成されていてもよい。
例えば、画像保存部１３をコンピュータの内部メモリ又は外部メモリ上に構成し、データ解凍部１２、レーダ画像復元部１４及び画像表示部１５の処理内容を記述しているプログラムをコンピュータのメモリに格納し、当該コンピュータのＣＰＵが当該メモリに格納されているプログラムを実行するようにすればよい。
【００２０】
次に動作について説明する。
最初に、レーダ装置の動作を説明する。
図１のレーダ装置は衛星などの移動体に搭載されており、レーダ装置が移動しながら同じ領域を複数回撮像する場合に、地上局のレーダ信号処理装置に対するデータの伝送量が削減される。
【００２１】
送受信処理部１の信号送受信部２は、パルス状の電波（以下、「送信パルス」と称する）を生成して、その送信パルスを空中線３に出力することで、その空中線３から送信パルスを空間に放射させる。
即ち、信号送受信部２は、空中線３から地表面の撮像領域に向けて送信パルスを放射させる。
空中線３から空間に放射された送信パルスのうち、地表面に反射された送信パルス（以下、「反射パルス」と称する）が戻ってくると、空中線３が上記反射パルスを受信する。
信号送受信部２は、空中線３により受信された反射パルスに対する受信処理（例えば、反射パルスの増幅処理や、周波数を下げるダウンコンバートなど）を実施して、低周波の受信信号を画像再生部４に出力する。
【００２２】
画像再生部４は、信号送受信部２から受信信号を受けると、その受信信号に対する画像再生処理を実施して、レーダ画像を生成する。
即ち、合成開口レーダ（ＳＡＲ：Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ  Ａｐｅｒｔｕｒｅ Ｒａｄａｒ）では、距離軸とアジマス軸の２軸で定義される２次元空間上での受信信号が得られるが、画像再生処理前は、距離軸方向及びアジマス軸方向にぼけた画像となっている。
そこで、画像再生部４は、受信信号に対する画像再生処理として、パルス圧縮処理を実施することで距離分解能を改善するとともに、アジマス圧縮処理を実施することでアジマス分解能を改善する。
【００２３】
パルス圧縮処理及びアジマス圧縮処理については、公知の技術であるため詳細な説明を省略するが、一般には、データ補償処理とアジマス軸方向のコヒーレント積分処理で構成される。
データ補償処理は、アジマス軸上で行われる場合と、フーリエ変換によってアジマス周波数軸上にデータを変換して、アジマス周波数軸上で行われる場合がある。コヒーレント積分は演算の効率化のため、一般にはフーリエ変換が用いられる。
【００２４】
画像再生部４により生成されたレーダ画像は、画像保存部５及び差異抽出部６に出力され、画像保存部５が、そのレーダ画像を保存する。
画像保存部５におけるレーダ画像の保存期間は、同じ撮像領域が再度撮像されて、画像再生部４から次のレーダ画像が出力されるまでの間である。
【００２５】
差異抽出部６は、画像再生部４からレーダ画像（最新のレーダ画像）を受けると、その最新のレーダ画像と画像保存部５により保存されているレーダ画像（画像再生部４により生成された１つ前のレーダ画像）との差異を抽出し、そのレーダ画像間の差異を示す差異情報をデータ圧縮部７に出力する。
ただし、同じ撮像領域における１回目の撮像のタイミングでは、未だレーダ画像が画像保存部５に格納されていないため、差異抽出部６では、画像再生部４から出力された最新のレーダ画像をそのままデータ圧縮部７に出力することになる。
したがって、１回目の撮像のタイミングでは、差異抽出部６が処理を実施せず、画像再生部４からレーダ画像がデータ圧縮部７に直接出力されるようにしてもよい。
【００２６】
ここで、図３はこの発明の実施の形態１によるレーダ装置の差異抽出部６を示す構成図である。
以下、図３を参照して、差異抽出部６の処理内容を具体的に説明する。
差異抽出部６では、最新のレーダ画像と１つ前のレーダ画像との差異として、レーダ画像を構成している画素単位に、差分を抽出するが、最新のレーダ画像の撮影時における衛星軌道と、１つ前のレーダ画像の撮影時における衛星軌道との間に差がある場合、あるいは、同じ衛星軌道であっても、パルス状の電波の送受信を行うタイミングにずれがある場合、最新のレーダ画像の撮像領域と、１つ前のレーダ画像の撮像領域との間にずれが生じる。
【００２７】
そこで、差異抽出部６の位置ずれ補正部６ａは、１つ前のレーダ画像の位置をずらすことで、１つ前のレーダ画像の位置と、最新のレーダ画像の位置とを合わせるようにしている。
ここで、１つ前のレーダ画像の位置と、最新のレーダ画像の位置との位置ずれ量は、公知の技術であるため、詳細な説明を省略するが、１つ前のレーダ画像と、最新のレーダ画像との相互相関関数を計算することで求めることができる。
位置ずれ補正部６ａでは、位置ずれ量を算出すると、その位置ずれ量だけ１つ前のレーダ画像の位置をずらすことになるが、レーダ画像の位置のずらしは、ピクセル単位で行うこともできるし、サブピクセル単位で行うこともできる。
【００２８】
差異抽出部６の差分算出部６ｂは、位置ずれ補正部６ａから位置合わせが行われた１つ前のレーダ画像を受けると、最新のレーダ画像から位置合わせ後の１つ前のレーダ画像を減算することで、最新のレーダ画像と１つ前のレーダ画像との差分（最新のレーダ画像−１つ前のレーダ画像）を求め、レーダ画像間の差異を示す差異情報として、その差分をデータ圧縮部７に出力する。
【００２９】
データ圧縮部７は、差異抽出部６から差異情報を受けると、その差異情報を圧縮して、その差異情報の圧縮データを生成する。
データ圧縮部７による差異情報の圧縮方法は、特に限定するものではないが、例えば、ＪＰＥＧ（Ｊｏｉｎｔ  Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｉｃ  Ｅｘｐｅｒｔｓ  Ｇｒｏｕｐ）を利用して圧縮する方法などが考えられる。
なお、２つのレーダ画像間の差分は、２回の撮像で変化があった部分のみについて現れ、変化がない部分は、ゼロあるいは小さな雑音成分のみとなる。そのため、データ圧縮部７によるデータ圧縮では、元のレーダ画像よりも高い圧縮効率が得られる。
【００３０】
データ送信部８は、データ圧縮部７が圧縮データを生成すると、その圧縮データを地上局のレーダ信号処理装置に送信する。
【００３１】
次に、レーダ信号処理装置の動作を説明する。
データ受信部１１は、図１のレーダ装置から送信された圧縮データを受信し、その圧縮データをデータ解凍部１２に出力する。
データ解凍部１２は、データ受信部１１から圧縮データを受けると、その圧縮データの圧縮を解除して、レーダ画像間の差異を示す差異情報をレーダ画像復元部１４に出力する。圧縮データの圧縮を解除する方法は公知の技術であるため詳細な説明を省略する。
【００３２】
レーダ画像復元部１４は、データ解凍部１２から差異情報（最新の差異情報）を受けると、最新の差異情報が示すレーダ画像間の差異（差分画像）と、画像保存部１３により保存されているレーダ画像（レーダ画像復元部１４が前回復元している１つ前のレーダ画像）とから最新のレーダ画像を復元して、最新のレーダ画像を画像保存部１３及び画像表示部１５に出力する。
即ち、レーダ画像復元部１４は、図４に示すように、画像加算部１４ａから構成されており、データ解凍部１２から出力された最新の差異情報が示すレーダ画像間の差異（差分画像）と、画像保存部１３により保存されているレーダ画像（レーダ画像復元部１４が前回復元している１つ前のレーダ画像）とを加算することで、最新のレーダ画像を復元し、最新のレーダ画像を画像保存部１３及び画像表示部１５に出力する。
【００３３】
画像保存部１３におけるレーダ画像の保存期間は、同じ撮像領域が再度撮像されて、レーダ画像復元部１４から次のレーダ画像が出力されるまでの間である。
ただし、同じ撮像領域における１回目の撮像のタイミングでは、未だレーダ画像が画像保存部１３に格納されていないため、レーダ画像復元部１４では、データ解凍部１２から出力された差異情報が示すレーダ画像（１回目の撮像のタイミングでは、差異情報が示す画像は、差分画像ではなく、レーダ画像である）をそのまま画像表示部１５に出力することになる。
したがって、１回目の撮像のタイミングでは、レーダ画像復元部１４が処理を実施せず、データ解凍部１２からレーダ画像が画像表示部１５に直接出力されるようにしてもよい。
また、前記では最新のレーダ画像と一つ前のレーダ画像の差異情報を得る構成を説明したが、二つ以上前のレーダ画像と最新のレーダ画像の差異情報を得るようにしてもよい。その場合、画像保存部１３におけるレーダ画像の保存期間は、前記よりも長く設定することになる。
画像表示部１５は、レーダ画像復元部１４又はデータ解凍部１２からレーダ画像を受けると、そのレーダ画像を表示する。
【００３４】
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、パルス状の電波を空間に放射したのち、反射して戻ってきた電波を受信する送受信処理部１と、送受信処理部１の受信信号からレーダ画像を生成する画像再生部４と、画像再生部４により生成されたレーダ画像を保存する画像保存部５と、画像再生部４により生成された最新のレーダ画像と画像保存部５により保存されている１つ前のレーダ画像との差異を抽出し、そのレーダ画像間の差異を示す差異情報を出力する差異抽出部６と、差異抽出部６から出力された差異情報を圧縮して、その差異情報の圧縮データを生成するデータ圧縮部７とを設け、データ送信部８が、データ圧縮部７により生成された圧縮データを送信するように構成したので、レーダ画像の分解能を下げることなく、データの伝送容量を低減することができる効果を奏する。
【００３５】
なお、この実施の形態１では、レーダ装置がレーダ画像を生成しているため、レーダ装置からレーダ信号処理装置へのデータの伝送量を少なくすることができる。これにより、短い時間でデータ伝送を行うことができるようになる。あるいは、データ伝送能力が低いデータ送信部８またはデータ受信部１１でもデータ伝送が可能になる。例えば、データ送信部８あるいはデータ受信部１１のアンテナ利得が低くても済むため、アンテナサイズの小型化が可能になる。
【００３６】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、差異抽出部６の差分算出部６ｂが、最新のレーダ画像から１つ前のレーダ画像を減算することで、最新のレーダ画像と１つ前のレーダ画像との差分を求め、レーダ画像間の差異を示す差異情報として、その差分をデータ圧縮部７に出力するものを示したが、レーダ画像間の差異を示す差異情報として、レーダ画像間の比を算出し、その比をデータ圧縮部７に出力するようにしてもよい。
【００３７】
図５はこの発明の実施の形態２によるレーダ装置の差異抽出部６を示す構成図である。
差異抽出部６の比算出部６ｃは、位置ずれ補正部６ａから位置合わせが行われた１つ前のレーダ画像を受けると、最新のレーダ画像を位置合わせ後の１つ前のレーダ画像で除算することで、最新のレーダ画像と１つ前のレーダ画像との比（最新のレーダ画像／１つ前のレーダ画像）を求め、レーダ画像間の差異を示す差異情報として、その比をデータ圧縮部７に出力する。
なお、２つのレーダ画像の比は、２回の撮像で変化があった部分のみについて現れ、変化がない部分は１になる。そのため、データ圧縮部７によるデータ圧縮では、元のレーダ画像よりも高い圧縮効率が得られる。
データ圧縮部７及びデータ送信部８の処理内容は、上記実施の形態１と同様であるため説明を省略する。
【００３８】
図６はこの発明の実施の形態２によるレーダ信号処理装置のレーダ画像復元部１４を示す構成図である。
レーダ画像復元部１４の画像乗算部１４ｂは、データ解凍部１２から出力された最新の差異情報が示すレーダ画像間の差異（レーダ画像の比＝最新のレーダ画像／１つ前のレーダ画像）と、画像保存部１３により保存されているレーダ画像（レーダ画像復元部１４が前回復元している１つ前のレーダ画像）とを乗算することで、最新のレーダ画像を復元し、最新のレーダ画像を画像保存部１３及び画像表示部１５に出力する。
【００３９】
この実施の形態２でも、上記実施の形態１と同様に、レーダ画像の分解能を下げることなく、データの伝送容量を低減することができる効果を奏する。
【００４０】
実施の形態３．
上記実施の形態２では、差異抽出部６の比算出部６ｃが、最新のレーダ画像を１つ前のレーダ画像で除算することで、最新のレーダ画像と１つ前のレーダ画像との比（最新のレーダ画像／１つ前のレーダ画像）を求めるものを示したが、最新のレーダ画像と１つ前のレーダ画像の比の絶対値の対数と、２つのレーダ画像間の位相とを算出し、その対数と位相からなる差異情報をデータ圧縮部７に出力するようにしてもよい。
【００４１】
図７はこの発明の実施の形態３によるレーダ装置の差異抽出部６を示す構成図である。
対数算出部６ｄは、比算出部６ｃが比（最新のレーダ画像／１つ前のレーダ画像）を算出すると、その比の絶対値（振幅）の対数を算出して、その対数をマージ部６ｆに出力する。
位相抽出部６ｅは、最新のレーダ画像と１つ前のレーダ画像の間の位相を抽出し、その位相をマージ部６ｆに出力する。位相の抽出処理は公知の技術であるため詳細な説明を省略する。
マージ部６ｆは、対数算出部６ｄから出力された対数と、位相抽出部６ｅから出力された位相からなる差異情報を、レーダ画像間の差異を示す差異情報として、データ圧縮部７に出力する。
データ圧縮部７及びデータ送信部８の処理内容は、上記実施の形態１と同様であるため説明を省略する。
【００４２】
図８はこの発明の実施の形態３によるレーダ信号処理装置のレーダ画像復元部１４を示す構成図である。
レーダ画像復元部１４の振幅・位相分離部１４ｃは、データ解凍部１２から差異情報を受けると、その差異情報に含まれている絶対値（振幅）の対数と位相を分離して、絶対値の対数を真数変換部１４ｄに出力し、位相を複素数合成部１４ｅに出力する。
真数変換部１４ｄは、振幅・位相分離部１４ｃから絶対値の対数を受けると、その対数を真数に変換する。
複素数合成部１４ｅは、真数変換部１４ｄにより真数に変換された絶対値（振幅）と、振幅・位相分離部１４ｃから出力された位相とからなる複素数、即ち、最新のレーダ画像と１つ前のレーダ画像との比（最新のレーダ画像／１つ前のレーダ画像）を求める。
【００４３】
画像乗算部１４ｂは、複素数合成部１４ｅが最新のレーダ画像と１つ前のレーダ画像との比（最新のレーダ画像／１つ前のレーダ画像）を求めると、その比と画像保存部１３により保存されているレーダ画像（レーダ画像復元部１４が前回復元している１つ前のレーダ画像）とを乗算することで、最新のレーダ画像を復元し、最新のレーダ画像を画像保存部１３及び画像表示部１５に出力する。
【００４４】
この実施の形態３でも、上記実施の形態１，２と同様に、レーダ画像の分解能を下げることなく、データの伝送容量を低減することができる効果を奏する。
【００４５】
実施の形態４．
上記実施の形態１〜３では、差異抽出部６が、最新のレーダ画像と１つ前のレーダ画像との間の差異を抽出し、その差異を示す差異情報を出力するものを示したが、最新のレーダ画像の撮影時の衛星軌道と、１つ前のレーダ画像の撮影時の衛星軌道とが高さ方向にずれている場合、地表面の地形によって決まる地形位相（位相分布）が、最新のレーダ画像と１つ前のレーダ画像との間の差異である２つのレーダ画像間の比に表れる。
このように、地形位相が生じることで、画像の一様性がなくなると、データの圧縮効率が低下する可能性がある。
そこで、この実施の形態４では、差異抽出部６が、差異情報に含まれている地形位相を除去し、地形位相除去後の差異情報を出力するようにする。
【００４６】
図９はこの発明の実施の形態４によるレーダ装置の差異抽出部６を示す構成図である。
差異抽出部６の地形位相除去処理部６ｇは予め撮像領域の地表面の地形を示す地形情報を記憶しており、その地形情報と、レーダ装置を搭載している移動体の軌道を示す軌道情報とから地形位相を特定し、比算出部６ｃ（または、差分算出部６ｂ）により求められた差異情報から上記地形位相を除去し、地形位相除去後の差異情報をデータ圧縮部７に出力する処理を実施する。
地形位相を除去する処理は公知の技術であるため詳細な説明を省略するが、例えば、特許文献２（特開２０１０−１７５３３０号公報）に開示されている方法を用いることができる。
【００４７】
ここでは、地形位相除去処理部６ｇが、地形情報と軌道情報から地形位相を特定するものを示したが、例えば、差異情報をフーリエ変換することで、その差異情報における位相差分布の周波数スペクトルを算出し、その位相差分布の周波数スペクトルの中で、所定の閾値を超えている周波数スペクトルが、地形位相が含まれている周波数スペクトルであると特定し、例えば、その周波数スペクトルから閾値を超えている成分を除去することで、地形位相を除去するようにしてもよい。
この場合、地形位相除去後の差異情報を逆フーリエ変換して、データ圧縮部７に出力することになる。
【００４８】
図１０はこの発明の実施の形態４によるレーダ信号処理装置のレーダ画像復元部１４を示す構成図である。
レーダ画像復元部１４の地形位相重畳部１４ｆは、レーダ装置において、差異情報から地形位相が除去される場合、上記レーダ装置の地形位相除去処理部６ｇと同様に地形位相を特定し、その地形位相を画像乗算部１４ｂ（または、画像加算部１４ａ）により復元されたレーダ画像に重畳する。
【００４９】
実施の形態５．
上記実施の形態１〜４では、レーダ装置が受信信号からレーダ画像を再生し、２つのレーダ画像間の差異を示す差異情報を圧縮して、その圧縮データを地上局のレーダ信号処理装置に送信するものを示したが、最新の受信信号と１つ前の受信信号の間の差異を示す差異情報を圧縮して、その圧縮データを地上局のレーダ信号処理装置に送信するようにしてもよい。
このように、レーダ装置において、受信信号からレーダ画像を再生しない場合、位置ずれ補正部６ａにおける位置ずれ補正の精度が低くなるため、変化のない地表面の領域に対応する画素でも値を持つことがある。そのため、データ圧縮の効果は低減するが、画像再生部４が不要になる分だけ、レーダ装置の構成が簡素化される。
【００５０】
図１１はこの発明の実施の形態５による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。
信号保存部２１は例えばＲＡＭやハードディスクなどの記憶装置から構成されており、送受信処理部１の受信信号を保存する。なお、信号保存部２１は受信信号保存手段を構成している。
【００５１】
差異抽出部２２は例えばＣＰＵ、ＤＳＰ、ＦＰＧＡなどを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、送受信処理部１の最新の受信信号と信号保存部２１により保存されている１つ前の受信信号との差異を抽出し、２つの受信信号間の差異を示す差異情報を出力する処理を実施する。
差異抽出部２２の構成は、図１の差異抽出部６と同様であり、図３，図５，図７及び図９の構成などが考えられる。
なお、差異抽出部２２は差異抽出手段を構成している。
【００５２】
図１１の例では、レーダ装置の構成要素である送受信処理部１、信号保存部２１、差異抽出部２２、データ圧縮部７及びデータ送信部８のそれぞれが専用のハードウェアで構成されているものを想定しているが、レーダ装置の一部がコンピュータで構成されていてもよい。
例えば、信号保存部２１をコンピュータの内部メモリ又は外部メモリ上に構成し、差異抽出部２２、及びデータ圧縮部７の処理内容を記述しているプログラムをコンピュータのメモリに格納し、当該コンピュータのＣＰＵが当該メモリに格納されているプログラムを実行するようにすればよい。
【００５３】
図１２はこの発明の実施の形態５によるレーダ信号処理装置を示す構成図であり、図において、図２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。
データ解凍部３０は例えばＣＰＵ、ＤＳＰ、ＦＰＧＡなどを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、データ受信部１１により受信された圧縮データの圧縮を解除して、２つの受信信号間の差異を示す差異情報を求め、その差異情報から２つのレーダ画像間の差異を示す差異情報を生成し、その差異情報を出力する処理を実施する。なお、データ解凍部３０は圧縮解除手段を構成している。
【００５４】
図１２の例では、レーダ信号処理装置の構成要素であるデータ受信部１１、データ解凍部３０、画像保存部１３、レーダ画像復元部１４及び画像表示部１５のそれぞれが専用のハードウェアで構成されているものを想定しているが、レーダ信号処理装置の一部がコンピュータで構成されていてもよい。
例えば、画像保存部１３をコンピュータの内部メモリ又は外部メモリ上に構成し、データ解凍部３０、レーダ画像復元部１４及び画像表示部１５の処理内容を記述しているプログラムをコンピュータのメモリに格納し、当該コンピュータのＣＰＵが当該メモリに格納されているプログラムを実行するようにすればよい。
【００５５】
次に動作について説明する。
最初に、レーダ装置の動作を説明する。
図１のレーダ装置は衛星などの移動体に搭載されており、レーダ装置が移動しながら同じ領域を複数回撮像する場合に、地上局のレーダ信号処理装置に対するデータの伝送量が削減される。
【００５６】
送受信処理部１の信号送受信部２から出力される受信信号は、信号保存部２１及び差異抽出部２２に出力され、信号保存部２１が、その受信信号を保存する。
信号保存部２１における受信信号の保存期間は、同じ撮像領域が再度撮像されて、信号送受信部２から次の受信信号が出力されるまでの間である。
差異抽出部２１は、送受信処理部１の最新の受信信号を受けると、その最新の受信信号と信号保存部２１により保存されている１つ前の受信信号との差異を抽出し、その受信信号間の差異を示す差異情報をデータ圧縮部７に出力する。
例えば、差異抽出部２２が図３のように構成されている場合、最新の受信信号と１つ前の受信信号との差異として、最新の受信信号と１つ前の受信信号との差分が抽出される。
【００５７】
ただし、同じ撮像領域における１回目の撮像のタイミングでは、未だ受信信号が信号保存部２１に格納されていないため、差異抽出部２２では、送受信処理部１の最新の受信信号をそのままデータ圧縮部７に出力することになる。
したがって、１回目の撮像のタイミングでは、差異抽出部２２が処理を実施せず、送受信処理部１から受信信号がデータ圧縮部７に直接出力されるようにしてもよい。
【００５８】
データ圧縮部７は、差異抽出部２２から差異情報を受けると、上記実施の形態１〜４と同様に、その差異情報を圧縮して、その差異情報の圧縮データを生成する。
データ送信部８は、データ圧縮部７が圧縮データを生成すると、上記実施の形態１〜４と同様に、その圧縮データを地上局のレーダ信号処理装置に送信する。
【００５９】
次に、レーダ信号処理装置の動作を説明する。
データ受信部１１は、図１１のレーダ装置から送信された圧縮データを受信し、その圧縮データをデータ解凍部３０に出力する。
データ解凍部３０は、データ受信部１１から圧縮データを受けると、その圧縮データの圧縮を解除して、２つの受信信号間の差異を示す差異情報を求める。
そして、データ解凍部３０は、その差異情報が示す２つの受信信号間の差異に対する画像再生処理を実施して、２つのレーダ画像間の差異を示す差異情報を生成し、その差異情報を画像復元部１４に出力する。
【００６０】
レーダ画像復元部１４は、データ解凍部３０から差異情報（最新の差異情報）を受けると、上記実施の形態１〜４と同様に、最新の差異情報が示すレーダ画像間の差異（差分画像）と、画像保存部１３により保存されているレーダ画像（レーダ画像復元部１４が前回復元している１つ前のレーダ画像）とから最新のレーダ画像を復元して、最新のレーダ画像を画像保存部１３及び画像表示部１５に出力する。
【００６１】
画像保存部１３におけるレーダ画像の保存期間は、同じ撮像領域が再度撮像されて、レーダ画像復元部１４から次のレーダ画像が出力されるまでの間である。
ただし、同じ撮像領域における１回目の撮像のタイミングでは、未だレーダ画像が画像保存部１３に格納されていないため、レーダ画像復元部１４では、データ解凍部３０から出力された差異情報が示すレーダ画像（１回目の撮像のタイミングでは、差異情報が示す画像は、差分画像ではなく、レーダ画像である）をそのまま画像表示部１５に出力することになる。
したがって、１回目の撮像のタイミングでは、レーダ画像復元部１４が処理を実施せず、データ解凍部３０からレーダ画像が画像表示部１５に直接出力されるようにしてもよい。
画像表示部１５は、レーダ画像復元部１４又はデータ解凍部３０からレーダ画像を受けると、そのレーダ画像を表示する。
【００６２】
以上で明らかなように、この実施の形態５によれば、パルス状の電波を空間に放射したのち、反射して戻ってきた電波を受信する送受信処理部１と、送受信処理部１の受信信号を保存する信号保存部２１と、送受信処理部１の最新の受信信号と信号保存部２１により保存されている１つ前の受信信号との差異を抽出し、その受信信号間の差異を示す差異情報を出力する差異抽出部２２と、差異抽出部２２から出力された差異情報を圧縮して、その差異情報の圧縮データを生成するデータ圧縮部７とを設け、データ送信部８が、データ圧縮部７により生成された圧縮データを送信するように構成したので、レーダ画像の分解能を下げることなく、データの伝送容量を低減することができる効果を奏する。
【００６３】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【００６４】
１  送受信処理部（波動送受信手段）、２  信号送受信部、３  空中線、４  画像再生部（レーダ画像生成手段）、５  画像保存部（レーダ画像保存手段）、６  差異抽出部（差異抽出手段）、６ａ  位置ずれ補正部、６ｂ  差分算出部、６ｃ  比算出部、６ｄ  対数算出部、６ｅ  位相抽出部、６ｆ  マージ部、６ｇ  地形位相除去処理部、７  データ圧縮部（圧縮データ生成手段）、８  データ送信部（圧縮データ送信手段）、１１  データ受信部（圧縮データ受信手段）、１２  データ解凍部（圧縮解除手段）、１３  画像保存部（レーダ画像保存手段）、１４  レーダ画像復元部（レーダ画像復元手段）、１４ａ  画像加算部、１４ｂ  画像乗算部、１４ｃ  振幅・位相分離部、１４ｄ  真数変換部、１４ｅ  複素数合成部、１４ｆ  地形位相重畳部、１５  画像表示部、２１  信号保存部（受信信号保存手段）、２２  差異抽出部（差異抽出手段）、３０  データ解凍部（圧縮解除手段）。
【図１】
2013250122.tif 000003
【図２】
2013250122.tif 000004
【図３】
2013250122.tif 000005
【図４】
2013250122.tif 000006
【図５】
2013250122.tif 000007
【図６】
2013250122.tif 000008
【図７】
2013250122.tif 000009
【図８】
2013250122.tif 000010
【図９】
2013250122.tif 000011
【図１０】
2013250122.tif 000012
【図１１】
2013250122.tif 000013
【図１２】
2013250122.tif 000014