(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地表や海面の高分解能画像を得る合成開口レーダ装置であって、
(a)  高周波パルス信号を空間に放射するとともに、反射したエコー信号を収集する送受信アンテナと、
(b)  この送受信アンテナで送信する高周波パルス信号を発生させるとともに、送受信アンテナで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する信号送受信部と、
(c)  この信号送受信部からの受信信号に画像再生処理を行い２次元の高分解能な画像を再生する画像再生処理部と、
(d)  処理に用いるレンジビンを選択するレンジビン選択部と、
(e)  レンジビン内で孤立した点状の目標を探し、その目標が画像の左端に位置するように画像全体をシフトさせる画像シフト部と、
(f)  窓関数をアジマス方向に乗算する窓関数乗算部と、
(g)  窓関数乗算後の画像データをアジマス方向にFFTするFFT部と、
(h)  このFFT部の出力をアジマスの空間周波数軸方向に微分する微分処理部と、
(i)  前記FFT部の出力の複素共役をとる共役処理部と、
(j)  前記微分処理部の出力と前記共役処理部の出力を乗算する乗算処理部と、
(k)  この乗算処理部の出力の虚数部のみを取り出す虚数部抜き出し部と、
(l)  前記FFT部の出力から電力を計算する電力計算部と、
(m)  この電力計算部の出力の逆数を取る逆数処理部と、
(n)  前記FFT部の出力から振幅を計算する振幅計算部と、
(o)  この振幅計算部の出力を用いて、使用する重み付け関数を選択する振幅による重み付け関数選択部と、
(p)  レンジ毎の振幅の平均に比例した重み付け関数を算出する振幅による重み付け関数算出部と、
(q)  レンジ毎の振幅の平均値が閾値以上と未満の場合で二値化させた重み付け関数を作成する閾値を設定した重み付け関数算出部と、
(r)  前記虚数部抜き出し部の出力と、前記逆数処理部の出力と、前記振幅による重み付け関数算出部あるいは前記閾値を設定した重み付け関数算出部の出力を乗算する乗算処理部と、
(s)  この乗算処理部の出力をレンジ方向で加算して、位相誤差の微分値の推定値を求めるレンジ方向加算部と、
(t)  このレンジ方向加算部の出力を積分して、位相誤差の推定値を求める積分処理部と、
(u)  この積分処理部の出力である位相誤差の推定値の０次と１次の成分を除去する０次、１次成分除去部と、
(v)  この０次、１次成分除去部の出力である位相誤差の推定値から、位相補償量を算出する位相補償量算出部と、
(w)  前記FFT部の出力と位相補償量算出部の出力を乗算して、位相誤差を補償する乗算処理部と、
(x)  この乗算処理部の出力をIFFTするIFFT部と、
(y)  処理を繰り返すかどうかを判定する繰り返し判定部と、
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】
地表や海面の高分解能画像を得る合成開口レーダ装置であって、
(a)  高周波パルス信号を空間に放射するとともに、反射したエコー信号を収集する送受信アンテナと、
(b)  この送受信アンテナで送信する高周波パルス信号を発生させるとともに、送受信アンテナで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する信号送受信部と、
(c)  この信号送受信部からの受信信号に画像再生処理を行い２次元の高分解能な画像を再生する画像再生処理部と、
(d)  処理に用いるレンジビンを選択するレンジビン選択部と、
(e)  レンジビン内で孤立した点状の目標を探し、その目標が画像の左端に位置するように画像全体をシフトさせる画像シフト部と、
(f)  窓関数をアジマス方向に乗算する窓関数乗算部と、
(g)  窓関数乗算後の画像データをアジマス方向にFFTするFFT部と、
(h)  このFFT部の出力をアジマスの空間周波数軸方向に微分する微分処理部と、
(i)  前記FFT部の出力の複素共役をとる共役処理部と、
(j)  前記微分処理部の出力と前記共役処理部の出力を乗算する乗算処理部と、
(k)  この乗算処理部の出力の虚数部のみを取り出す虚数部抜き出し部と、
(l)  前記FFT部の出力から電力を計算する電力計算部と、
(m)  この電力計算部の出力の逆数を取る逆数処理部と、
(n)  前記FFT部の出力から振幅を計算する振幅計算部と、
(A)  窓関数乗算後の画像から信号とクラッタの電力比を計算するS/C計算部と、
(B)  前記振幅計算部の出力と前記S/C計算部の出力を用いて、使用する重み付け関数を選択する振幅、S/Cによる重み付け関数選択部と、
(C)  レンジ毎の振幅の平均値がA×GM未満なら０、以上ならその振幅に比例した値を持つ重み付け関数を作成する閾値を設定した振幅による重み付け関数算出部と、
(p)  レンジ毎の振幅の平均に比例した重み付け関数を算出する振幅による重み付け関数算出部と、
(q)  レンジ毎の振幅の平均値が閾値以上と未満の場合で二値化させた重み付け関数を作成する閾値を設定した重み付け関数算出部と、
(r)  前記虚数部抜き出し部の出力と、前記逆数処理部の出力と、前記振幅による重み付け関数算出部あるいは前記閾値を設定した重み付け関数算出部の出力あるいは前記閾値を設定した振幅による重み付け関数算出部の出力を乗算する乗算処理部と、
(s)  この乗算処理部の出力をレンジ方向で加算して、位相誤差の微分値の推定値を求めるレンジ方向加算部と、
(t)  このレンジ方向加算部の出力を積分して、位相誤差の推定値を求める積分処理部と、
(u)  この積分処理部の出力である位相誤差の推定値の０次と１次の成分を除去する０次、１次成分除去部と、
(v)  この０次、１次成分除去部の出力である位相誤差の推定値から、位相補償量を算出する位相補償量算出部と、
(w)  前記FFT部の出力と位相補償量算出部の出力を乗算して、位相誤差を補償する乗算処理部と、
(x)  この乗算処理部の出力をIFFTするIFFT部と、
(y)  処理を繰り返すかどうかを判定する繰り返し判定部と、
を備えたことを特徴とする合成開口レーダ装置。
【請求項３】
地表や海面の高分解能画像を得る合成開口レーダ装置であって、
(a)  高周波パルス信号を空間に放射するとともに、反射したエコー信号を収集する送受信アンテナと、
(b)  この送受信アンテナで送信する高周波パルス信号を発生させるとともに、送受信アンテナで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する信号送受信部と、
(c)  この信号送受信部からの受信信号に画像再生処理を行い２次元の高分解能な画像を再生する画像再生処理部と、
(d)  処理に用いるレンジビンを選択するレンジビン選択部と、
(e)  レンジビン内で孤立した点状の目標を探し、その目標が画像の左端に位置するように画像全体をシフトさせる画像シフト部と、
(f)  窓関数をアジマス方向に乗算する窓関数乗算部と、
(g)  窓関数乗算後の画像データをアジマス方向にFFTするFFT部と、
(h)  このFFT部の出力をアジマスの空間周波数軸方向に微分する微分処理部と、
(i)  前記FFT部の出力の複素共役をとる共役処理部と、
(j)  前記微分処理部の出力と前記共役処理部の出力を乗算する乗算処理部と、
(k)  この乗算処理部の出力の虚数部のみを取り出す虚数部抜き出し部と、
(l)  前記FFT部の出力から電力を計算する電力計算部と、
(m)  この電力計算部の出力の逆数を取る逆数処理部と、
(n)  前記FFT部の出力から振幅を計算する振幅計算部と、
(A)  窓関数乗算後の画像から信号とクラッタの電力比を計算するS/C計算部と、
(D)  前記振幅計算部の出力と前記S/C計算部の出力を用いて、振幅に比例した値を持つ重み付け関数と、S/Cに比例した値を持つ重み付け関数の和で表される重み付け関数を作成する振幅、S/Cによる重み付け関数算出部と、
(r)  前記虚数部抜き出し部の出力と、前記逆数処理部の出力と、前記振幅、S/Cによる重み付け関数算出部の出力を乗算する乗算処理部と、
(s)  この乗算処理部の出力をレンジ方向で加算して、位相誤差の微分値の推定値を求めるレンジ方向加算部と、
(t)  このレンジ方向加算部の出力を積分して、位相誤差の推定値を求める積分処理部と、
(u)  この積分処理部の出力である位相誤差の推定値の０次と１次の成分を除去する０次、１次成分除去部と、
(v)  この０次、１次成分除去部の出力である位相誤差の推定値から、位相補償量を算出する位相補償量算出部と、
(w)  前記FFT部の出力と位相補償量算出部の出力を乗算して、位相誤差を補償する乗算処理部と、
(x)  この乗算処理部の出力をIFFTするIFFT部と、
(y)  処理を繰り返すかどうかを判定する繰り返し判定部と、
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】
地表や海面の高分解能画像を得ることのできる像再生方法であって、
(a)  高周波パルス信号を地表面に向けて送信し、反射エコーを受信して、信号を増幅し、中間周波数に変換し、デジタル信号に変換するステップと、
(b)  得られた信号を用いて信号処理を行い画像を再生するステップと、
(c)  画像から孤立した点状の目標が存在するレンジを探し、そのレンジを選択するステップと、
(d)  レンジビン内で孤立した点状の目標を探し、その目標が画像の左端に位置するように画像全体をシフトさせるステップと、
(e)  (d)の出力に窓関数をアジマス方向に乗算するステップと、
(f)  (e)の出力をアジマス方向にFFTするステップと、
(g)  (f)の出力をアジマスの空間周波数で微分するステップと、
(h)  (f)の出力の複素共役をとるステップと、
(i)  (g)と(h)の出力を乗算するステップと、
(j)  (i)の出力の虚数部を抜き出すステップと、
(k)  (f)の出力から電力を計算するステップと、
(l)  (k)の出力の逆数を取るステップと、
(m)  (f)の出力から振幅を計算するステップと、
(n)  (m)の出力から使用する重み付け関数を選択するステップと、
(o)  (n)の出力からレンジ毎の振幅の平均に比例した重み付け関数を算出するステップと、
(p)  (n)の出力からレンジ毎の振幅の平均値が閾値以上と未満で二値化させた重み付け関数を作成するステップと、
(q)  (j)の出力と、(l)の出力と、(o)または(p)の出力を乗算するステップと、
(r)  (q)の出力をレンジ方向で加算して、位相誤差の微分値の推定値を求めるステップと、
(s)  (r)の出力を積分して位相誤差の推定値を求めるステップと、
(t)  (s)の出力から０次と１次の成分を除去するステップと、
(u)  (t)の出力から位相補償量を算出するステップと、
(v)  (f)の出力と(u)の出力を乗算して位相誤差を補償するステップと、
(w)  (v)の出力をIFFTするステップと、
(x)  処理を繰り返すかどうかを判定するステップと、
を備えたことを特徴とする像再生方法。
【請求項５】
地表や海面の高分解能画像を得ることのできる像再生方法であって、
(a)  高周波パルス信号を地表面に向けて送信し、反射エコーを受信して、信号を増幅し、中間周波数に変換し、デジタル信号に変換するステップと、
(b)  得られた信号を用いて信号処理を行い画像を再生するステップと、
(c)  画像から孤立した点状の目標が存在するレンジを探し、そのレンジを選択するステップと、
(d)  レンジビン内で孤立した点状の目標を探し、その目標が画像の左端に位置するように画像全体をシフトさせるステップと、
(e)  (d)の出力に窓関数をアジマス方向に乗算するステップと、
(f)  (e)の出力をアジマス方向にFFTするステップと、
(g)  (f)の出力をアジマスの空間周波数で微分するステップと、
(h)  (f)の出力の複素共役をとるステップと、
(i)  (g)と(h)の出力を乗算するステップと、
(j)  (i)の出力の虚数部を抜き出すステップと、
(k)  (f)の出力から電力を計算するステップと、
(l)  (k)の出力の逆数を取るステップと、
(m)  (f)の出力から振幅を計算するステップと、
(A)  窓関数乗算後の画像から信号とクラッタの電力比を計算するステップと、
(B)  (m)の出力と(A)の出力を用いて使用する重み付け関数を選択するステップと、
(C)  レンジ毎の振幅の平均値がA×GM未満なら０、以上ならその振幅に比例した値を持つ重み付け関数を作成するステップと、
(o)  (B)の出力からレンジ毎の振幅の平均に比例した重み付け関数を算出するステップと、
(p)  (B)の出力からレンジ毎の振幅の平均値が閾値以上と未満で二値化させた重み付け関数を作成するステップと、
(q)  (j)の出力と、(l)の出力と、(o)または(p)または(C)の出力を乗算するステップと、
(r)  (q)の出力をレンジ方向で加算して、位相誤差の微分値の推定値を求めるステップと、
(s)  (r)の出力を積分して位相誤差の推定値を求めるステップと、
(t)  (s)の出力から０次と１次の成分を除去するステップと、
(u)  (t)の出力から位相補償量を算出するステップと、
(v)  (f)の出力と(u)の出力を乗算して位相誤差を補償するステップと、
(w)  (v)の出力をIFFTするステップと、
(x)  処理を繰り返すかどうかを判定するステップと、
を備えたことを特徴とする像再生方法。
【請求項６】
地表や海面の高分解能画像を得ることのできる像再生方法であって、
(a)  高周波パルス信号を地表面に向けて送信し、反射エコーを受信して、信号を増幅し、中間周波数に変換し、デジタル信号に変換するステップと、
(b)  得られた信号を用いて信号処理を行い画像を再生するステップと、
(c)  画像から孤立した点状の目標が存在するレンジを探し、そのレンジを選択するステップと、
(d)  レンジビン内で孤立した点状の目標を探し、その目標が画像の左端に位置するように画像全体をシフトさせるステップと、
(e)  (d)の出力に窓関数をアジマス方向に乗算するステップと、
(f)  (e)の出力をアジマス方向にFFTするステップと、
(g)  (f)の出力をアジマスの空間周波数で微分するステップと、
(h)  (f)の出力の複素共役をとるステップと、
(i)  (g)と(h)の出力を乗算するステップと、
(j)  (i)の出力の虚数部を抜き出すステップと、
(k)  (f)の出力から電力を計算するステップと、
(l)  (k)の出力の逆数を取るステップと、
(m)  (f)の出力から振幅を計算するステップと、
(A)  窓関数乗算後の画像から信号とクラッタの電力比を計算するステップと、
(D)  振幅に比例した値を持つ重み付け関数と、S/Cに比例した値を持つ重み付け関数の和で表される重み付け関数を作成するステップと、
(q)  (j)の出力と、(l)の出力と、(D)の出力を乗算するステップと、
(r)  (q)の出力をレンジ方向で加算して、位相誤差の微分値の推定値を求めるステップと、
(s)  (r)の出力を積分して位相誤差の推定値を求めるステップと、
(t)  (s)の出力から０次と１次の成分を除去するステップと、
(u)  (t)の出力から位相補償量を算出するステップと、
(v)  (f)の出力と(u)の出力を乗算して位相誤差を補償するステップと、
(w)  (v)の出力をIFFTするステップと、
(x)  処理を繰り返すかどうかを判定するステップと、
を備えたことを特徴とする像再生方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は航空機や衛星に搭載する合成開口レーダに係り、特に地表や海面を観測し、画像化するための合成開口レーダ装置及び像再生方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来この種の合成開口レーダ装置としては、図９、１０に示すようなものがあった。図９、１０は、D.G.Thompson、J.S.Bates and D.V.Arnold、"Extending the Phase Gradient Autofocus Algorithm for Low-Altitude Stripmap Mode SAR"、Proceeding of the 1999 IEEE Radar Conference、pp.36-40に記載されたアルゴリズムから想定される合成開口レーダ装置の構成図である。なお、この文献は、従来の方法の改良部のみをとりあげているため、従来の方法としては、W.G.Carrara、R.S.Goodman、R.M.Majewski、"Spotlight Synthetic Aperture Radar"、Artech House、1995の266ページに記載されたFigure6.9を参考にした。この装置はフェーズグラディエント・オートフォーカス(Phase Gradient Autofocus)と呼ばれるオートフォーカス機能を備え、画像再生処理部で再生された画像から、そのホログラムの位相に生じている誤差を推定して補償することで、再生画像の分解能を改善することが目的である。
【０００３】
図９の構成図において、１は送受信アンテナで、プラットフォームに搭載され高周波パルス信号を空間に放射するとともに、反射したエコー信号を収集する部分である。２は信号送受信部で、送受信アンテナ１で送信する高周波パルス信号を発生させるとともに、送受信アンテナ１で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する部分である。３は画像再生処理部で、信号送受信部２からの受信信号に画像再生処理を行い、２次元の高分解能な画像を再生する部分である。２次元の画像の軸は、各々アジマスとレンジと呼ばれる。４はレンジビン選択部で、PGAの処理に用いるレンジビンを選択する部分である。
【０００４】
５は画像シフト部で、レンジビン内で孤立した点状の目標を探し、その目標が画像の左端に位置するように画像全体をシフトさせる部分である。６は窓関数乗算部で、窓関数をアジマス方向に乗算する部分である。７はフェーズグラディエント(Phase Gradient)推定及び補償部で、再生画像に生じている位相誤差を推定して補償する部分であり、このブロックの構成は図１０に詳細に示す。８は繰り返し判定部で、PGAの処理を繰り返すかどうかを判定する部分である。９は、PGAの処理によって分解能が改善した画像データである。
【０００５】
フェーズグラディエント推定及び補償部７の構成図を図１０に示す。図１０において、１０はフェーズグラディエント推定及び補償部７に入力する画像データである。１１はFFT部で、画像データ１０をアジマス方向にFFT(高速フーリエ変換：Fast Fourier Transform)する部分である。この処理により、アジマス軸は、アジマスの空間周波数軸となる。１２は微分処理部で、FFT部１１の出力をアジマスの空間周波数で微分する部分である。１３は共役処理部で、FFT部１１の出力の複素共役をとる部分である。１４は乗算処理部で、微分処理部１２の出力と共役処理部１３の出力を乗算する部分である。１５は虚数部抜き出し部で、乗算処理部１４の出力の虚数部のみを取り出す部分である。
【０００６】
１６は電力計算部で、FFT部１１の出力から電力を計算する部分である。１７は逆数処理部で、電力計算部１６の出力の逆数を取る部分である。１８は振幅計算部で、FFT部１１の出力から振幅を計算する部分である。１９は振幅による重み付け関数算出部で、レンジビン毎の振幅の平均に比例した重み付け関数を算出する部分である。２０は乗算処理部で、虚数部抜き出し部１５の出力と、逆数処理部１７の出力と、振幅による重み付け関数算出部１９の出力を乗算する部分である。２１はレンジ方向加算部で、乗算処理部２０の出力をレンジ方向で加算して、位相誤差の微分値の推定値を求める部分である。この処理により、アジマスの空間周波数とレンジの２軸からなる２次元の信号が、アジマスの空間周波数軸のみの１次元の信号となる。
【０００７】
２２は積分処理部で、レンジ方向加算部２１の出力を積分して、位相誤差の推定値を求める部分である。２３は０次、１次成分除去部で、積分処理部２２の出力である位相誤差の推定値の０次と１次の成分を除去する部分である。２４は位相補償量算出部で、０次、１次成分除去部２３の出力である位相誤差の推定値から、位相補償量を算出する部分である。２５は乗算処理部で、FFT部１１の出力と位相補償量算出部２４の出力を乗算して、位相誤差を補償する部分である。２６はIFFT部で、乗算処理部２５の出力をIFFT(逆高速フーリエ変換：Inverse Fast Fourier Transform)する部分である。この処理により、アジマスの空間周波数軸はアジマス軸となる。２７は位相誤差が補償された画像データである。
【０００８】
次に動作について、図１１、１２のフローチャートとともに説明する。動作の説明にあたって、まず、合成開口レーダの再生画像に生じる位相誤差を定義する。位相誤差が生じていない合成開口レーダ画像において、n番目のレンジビンをアジマス方向にフーリエ変換して得られるスペクトルSnは、次式のように複数の波長を持つ正弦波の重ね合わせで表すことができる。ここに、uは空間周波数を表す。
【０００９】
【数１】
0003964218.tif 000002
【００１０】
Snに対し、φの位相誤差が発生している場合のスペクトルGnは次式で表すことができる。これより、位相誤差を補償することは、Gnからφを推定して補償することであることが分かる。
【００１１】
【数２】
0003964218.tif 000003
【００１２】
以降、フローチャートとともに動作を説明する。図１１は従来の合成開口レーダ装置の動作を示すフローチャートである。まず、信号送受信部２で生成された高周波パルス信号を送受信アンテナ１が地表面に向けて送信する。反射エコーを送受信アンテナ１が受信して、信号受信部２が信号を増幅し、中間周波数に変換し、デジタル信号に変換する(ステップS1)。得られた信号から、画像再生処理部３が信号処理を行い、画像を再生する(ステップS2)。レンジビン選択部４が再生された画像から、孤立した点状の目標が存在するレンジビンを探し、そのレンジビンをN個選択する。ここに、Nは事前に設定しておく値である(ステップS3)。画像シフト部５が、レンジビン内で孤立した点状の目標を探し、その目標が画像の左端に位置するように画像全体をシフトさせる。このとき、端からはみ出した画像は、図１３に示すように、反対側の端に連結する。この処理によって、孤立した点状の目標のスペクトルに生じるドップラーの１次成分を小さくし、位相誤差推定精度を上昇させる(ステップS4)。窓関数乗算部６が、窓関数をアジマス方向に乗算する。これにより、画像の左端にシフトさせた点状の目標以外の目標を除去し、位相誤差の推定精度を上昇させる。窓関数としては、次式に示すようなRect関数Rがよく用いられる(ステップS5)。
【００１３】
【数３】
0003964218.tif 000004
【００１４】
フェーズグラディエント推定及び補償部７が窓関数を乗じた画像から位相誤差を推定して補償する。この処理については、図１２とともに、以降で説明する(ステップS6)。繰り返し判定部８がPGAの処理を繰り返すかどうかを判定し、繰り返す場合には処理をステップS4まで戻し、繰り返さない場合には、処理を終了する。なお、従来文献には、この判定法の詳細については特に記述されていない(ステップS7)。
【００１５】
図１２は、図１１のステップS6の処理について詳細に示したフローチャートである。まず、図１０のFFT部１１が、ステップS5で窓関数を乗算された画像に対し、アジマス方向にFFTする。この処理により、アジマス軸は、アジマスの空間周波数軸となる(ステップS8)。FFT部１１の出力を、微分処理部１２がアジマスの空間周波数で微分し(ステップS9)、共役処理部１３が複素共役をとり(ステップS10)、乗算処理部１４がこれらを乗算する(ステップS11)。虚数部抜き出し部１５が、乗算処理部１４の出力の虚数部を抜き出す(ステップS12)。また、電力計算部１６がFFT部１１の出力から電力を計算する(ステップS13)。逆数処理部１７が、電力計算部１６の出力の逆数を取る(ステップS14)。振幅計算部１８が、FFT部１１の出力から振幅を計算する(ステップS15)。振幅による重み付け関数算出部１９が、次式に示す重み付け関数Wnを算出する(ステップS16)。式において、AVE[Gn] for uは、Gnのuに対する平均値を示す。
【００１６】
【数４】
0003964218.tif 000005
【００１７】
乗算処理部２０が、虚数部抜き出し部１５の出力と、逆数処理部１７の出力と、振幅による重み付け関数算出部１９の出力を乗算する(ステップS17)。レンジ方向加算部２１が、乗算処理部２０の出力をレンジ方向で加算する。この処理により、アジマスの空間周波数とレンジの２軸からなる２次元の信号が、アジマスの空間周波数軸のみの１次元の信号となる。また、この１次元の信号は位相誤差の微分値の推定値となっている。なお、このレンジ方向で加算する処理は、全レンジビンで共通の値を持つ位相誤差成分を増加させ、レンジビン毎で異なる値を持つクラッタの位相成分を抑圧するためのものである。ここに、クラッタは、画像シフト部５で左端にシフトさせた孤立した点状の目標以外の信号成分で、かつ、窓関数によって除去できなかった信号成分である(ステップS18)。ここまでの処理を式で表すと、次式となる。
【００１８】
【数５】
0003964218.tif 000006
【００１９】
積分処理部２２が、レンジ方向加算部２１の出力を積分して、位相誤差の推定値を求める(ステップS19)。０次、１次成分除去部２３が、積分処理部２２の出力である位相誤差の推定値について、その０次と１次の成分を除去する(ステップS20)。位相補償量算出部２４が、０次、１次成分除去部２３の出力である位相誤差の推定値から、位相補償量を算出する。位相補償量Pは、位相誤差の推定値ψを用いて次式で表される(ステップS21)。
【００２０】
【数６】
0003964218.tif 000007
【００２１】
乗算処理部２５が、FFT部１１の出力と、位相補償量算出部２４の出力を乗算して、位相誤差を補償する(ステップS22)。IFFT部２６が、乗算処理部２５の出力をIFFTする。この処理により、アジマスの空間周波数軸は、アジマス軸となる。このデータは、位相誤差が補償された画像データである(ステップS23)。
【００２２】
【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、レンジ方向に信号を加算するときに、上記(４)式に示すように振幅に比例した重み付け関数を乗算している。これは、振幅が小さいと、位相誤差を推定する場合に発生する推定誤差が大きくなるため、この影響を減少させるための処理である。しかしながら、レンジ方向に加算する処理は、もともと複数のレンジビンで平均することでクラッタ成分を抑圧するためのものである。このため、１つのレンジビンの寄与を大きくする重み付け関数はそのレンジビンのクラッタからの寄与が大きくなり、クラッタをうまく抑圧できない可能性が高くその結果、位相補償誤差を増加させてしまう。
【００２３】
この発明は上記のような課題を解消するためになされたもので、レンジビン毎の振幅の平均を計算し、これが最大となるレンジビンにおける平均振幅を基準として閾値を設定し、この閾値以上の振幅を持つレンジビンのみを用いて処理を行うことで、推定誤差が小さいレンジビンでのみ処理を行い、その結果、位相補償誤差を減少させることのできる合成開口レーダ装置及び像再生方法を得ることを目的とする。
【００２４】
また、この発明は、孤立した点状の目標の電力とクラッタの電力の比(S/C)を計算し、これが、全てのレンジビンにおいて別途設定した閾値以上であった場合に、振幅による重み付け関数を乗算して処理を行うことで、クラッタの寄与の少ない場合にのみ重み付けを行い、位相補償誤差を減少させることのできる合成開口レーダ装置及び像再生方法を得ることを目的とする。
【００２５】
また、この発明は、振幅に比例した重み付け関数と、S/Cに比例した重み付け関数を計算し、その和による重み付け関数を求め、これを乗算して処理を行うことで、推定誤差とクラッタを抑圧でき、位相補償誤差を減少させることのできる合成開口レーダ装置及び像再生方法を得ることを目的とする。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的に鑑み、この発明は、地表や海面の高分解能画像を得る合成開口レーダ装置であって、(a)高周波パルス信号を空間に放射するとともに、反射したエコー信号を収集する送受信アンテナと、(b)この送受信アンテナで送信する高周波パルス信号を発生させるとともに、送受信アンテナで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する信号送受信部と、(c)この信号送受信部からの受信信号に画像再生処理を行い２次元の高分解能な画像を再生する画像再生処理部と、(d)処理に用いるレンジビンを選択するレンジビン選択部と、(e)レンジビン内で孤立した点状の目標を探し、その目標が画像の左端に位置するように画像全体をシフトさせる画像シフト部と、(f)窓関数をアジマス方向に乗算する窓関数乗算部と、(g)窓関数乗算後の画像データをアジマス方向にFFTするFFT部と、(h)このFFT部の出力をアジマスの空間周波数軸方向に微分する微分処理部と、(i)前記FFT部の出力の複素共役をとる共役処理部と、(j)前記微分処理部の出力と前記共役処理部の出力を乗算する乗算処理部と、(k)この乗算処理部の出力の虚数部のみを取り出す虚数部抜き出し部と、(l)前記FFT部の出力から電力を計算する電力計算部と、(m)この電力計算部の出力の逆数を取る逆数処理部と、(n)前記FFT部の出力から振幅を計算する振幅計算部と、(o)この振幅計算部の出力を用いて、使用する重み付け関数を選択する振幅による重み付け関数選択部と、(p)レンジ毎の振幅の平均に比例した重み付け関数を算出する振幅による重み付け関数算出部と、(q)レンジ毎の振幅の平均値が閾値以上と未満の場合で二値化させた重み付け関数を作成する閾値を設定した重み付け関数算出部と、(r)前記虚数部抜き出し部の出力と、前記逆数処理部の出力と、前記振幅による重み付け関数算出部あるいは前記閾値を設定した重み付け関数算出部の出力を乗算する乗算処理部と、(s)この乗算処理部の出力をレンジ方向で加算して、位相誤差の微分値の推定値を求めるレンジ方向加算部と、(t)このレンジ方向加算部の出力を積分して、位相誤差の推定値を求める積分処理部と、(u)この積分処理部の出力である位相誤差の推定値の０次と１次の成分を除去する０次、１次成分除去部と、(v)この０次、１次成分除去部の出力である位相誤差の推定値から、位相補償量を算出する位相補償量算出部と、(w)前記FFT部の出力と位相補償量算出部の出力を乗算して、位相誤差を補償する乗算処理部と、(x)この乗算処理部の出力をIFFTするIFFT部と、(y)処理を繰り返すかどうかを判定する繰り返し判定部と、を備えたことを特徴とする合成開口レーダ装置にある。
【００２７】
また、地表や海面の高分解能画像を得る合成開口レーダ装置であって、(a)高周波パルス信号を空間に放射するとともに、反射したエコー信号を収集する送受信アンテナと、(b)この送受信アンテナで送信する高周波パルス信号を発生させるとともに、送受信アンテナで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する信号送受信部と、(c)この信号送受信部からの受信信号に画像再生処理を行い２次元の高分解能な画像を再生する画像再生処理部と、(d)処理に用いるレンジビンを選択するレンジビン選択部と、(e)レンジビン内で孤立した点状の目標を探し、その目標が画像の左端に位置するように画像全体をシフトさせる画像シフト部と、(f)窓関数をアジマス方向に乗算する窓関数乗算部と、(g)窓関数乗算後の画像データをアジマス方向にFFTするFFT部と、(h)このFFT部の出力をアジマスの空間周波数軸方向に微分する微分処理部と、(i)前記FFT部の出力の複素共役をとる共役処理部と、(j)前記微分処理部の出力と前記共役処理部の出力を乗算する乗算処理部と、(k)この乗算処理部の出力の虚数部のみを取り出す虚数部抜き出し部と、(l)前記FFT部の出力から電力を計算する電力計算部と、(m)この電力計算部の出力の逆数を取る逆数処理部と、(n)前記FFT部の出力から振幅を計算する振幅計算部と、(A)窓関数乗算後の画像から信号とクラッタの電力比を計算するS/C計算部と、(B)  前記振幅計算部の出力と前記S/C計算部の出力を用いて、使用する重み付け関数を選択する振幅、S/Cによる重み付け関数選択部と、(C)レンジ毎の振幅の平均値がA×GM未満なら０、以上ならその振幅に比例した値を持つ重み付け関数を作成する閾値を設定した振幅による重み付け関数算出部と、(p)レンジ毎の振幅の平均に比例した重み付け関数を算出する振幅による重み付け関数算出部と、(q)レンジ毎の振幅の平均値が閾値以上と未満の場合で二値化させた重み付け関数を作成する閾値を設定した重み付け関数算出部と、(r)前記虚数部抜き出し部の出力と、前記逆数処理部の出力と、前記振幅による重み付け関数算出部あるいは前記閾値を設定した重み付け関数算出部の出力あるいは前記閾値を設定した振幅による重み付け関数算出部の出力を乗算する乗算処理部と、(s)この乗算処理部の出力をレンジ方向で加算して、位相誤差の微分値の推定値を求めるレンジ方向加算部と、(t)このレンジ方向加算部の出力を積分して、位相誤差の推定値を求める積分処理部と、(u)この積分処理部の出力である位相誤差の推定値の０次と１次の成分を除去する０次、１次成分除去部と、(v)この０次、１次成分除去部の出力である位相誤差の推定値から、位相補償量を算出する位相補償量算出部と、(w)前記FFT部の出力と位相補償量算出部の出力を乗算して、位相誤差を補償する乗算処理部と、(x)この乗算処理部の出力をIFFTするIFFT部と、(y)処理を繰り返すかどうかを判定する繰り返し判定部と、を備えたことを特徴とする合成開口レーダ装置にある。
【００２８】
また、地表や海面の高分解能画像を得る合成開口レーダ装置であって、(a)高周波パルス信号を空間に放射するとともに、反射したエコー信号を収集する送受信アンテナと、(b)この送受信アンテナで送信する高周波パルス信号を発生させるとともに、送受信アンテナで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する信号送受信部と、(c)この信号送受信部からの受信信号に画像再生処理を行い２次元の高分解能な画像を再生する画像再生処理部と、(d)  処理に用いるレンジビンを選択するレンジビン選択部と、(e)レンジビン内で孤立した点状の目標を探し、その目標が画像の左端に位置するように画像全体をシフトさせる画像シフト部と、(f)窓関数をアジマス方向に乗算する窓関数乗算部と、(g)窓関数乗算後の画像データをアジマス方向にFFTするFFT部と、(h)このFFT部の出力をアジマスの空間周波数軸方向に微分する微分処理部と、(i)前記FFT部の出力の複素共役をとる共役処理部と、(j)前記微分処理部の出力と前記共役処理部の出力を乗算する乗算処理部と、(k)この乗算処理部の出力の虚数部のみを取り出す虚数部抜き出し部と、(l)前記FFT部の出力から電力を計算する電力計算部と、(m)この電力計算部の出力の逆数を取る逆数処理部と、(n)前記FFT部の出力から振幅を計算する振幅計算部と、(A)窓関数乗算後の画像から信号とクラッタの電力比を計算するS/C計算部と、(D)前記振幅計算部の出力と前記S/C計算部の出力を用いて、振幅に比例した値を持つ重み付け関数と、S/Cに比例した値を持つ重み付け関数の和で表される重み付け関数を作成する振幅、S/Cによる重み付け関数算出部と、(r)前記虚数部抜き出し部の出力と、前記逆数処理部の出力と、前記振幅、S/Cによる重み付け関数算出部の出力を乗算する乗算処理部と、(s)この乗算処理部の出力をレンジ方向で加算して、位相誤差の微分値の推定値を求めるレンジ方向加算部と、(t)このレンジ方向加算部の出力を積分して、位相誤差の推定値を求める積分処理部と、(u)この積分処理部の出力である位相誤差の推定値の０次と１次の成分を除去する０次、１次成分除去部と、(v)この０次、１次成分除去部の出力である位相誤差の推定値から、位相補償量を算出する位相補償量算出部と、(w)前記FFT部の出力と位相補償量算出部の出力を乗算して、位相誤差を補償する乗算処理部と、(x)この乗算処理部の出力をIFFTするIFFT部と、(y)処理を繰り返すかどうかを判定する繰り返し判定部と、を備えたことを特徴とする合成開口レーダ装置にある。
【００２９】
また、地表や海面の高分解能画像を得ることのできる像再生方法であって、(a)高周波パルス信号を地表面に向けて送信し、反射エコーを受信して、信号を増幅し、中間周波数に変換し、デジタル信号に変換するステップと、(b)得られた信号を用いて信号処理を行い画像を再生するステップと、(c)画像から孤立した点状の目標が存在するレンジを探し、そのレンジを選択するステップと、(d)レンジビン内で孤立した点状の目標を探し、その目標が画像の左端に位置するように画像全体をシフトさせるステップと、(e)(d)の出力に窓関数をアジマス方向に乗算するステップと、(f)(e)の出力をアジマス方向にFFTするステップと、(g)(f)の出力をアジマスの空間周波数で微分するステップと、(h)(f)の出力の複素共役をとるステップと、(i)(g)と(h)の出力を乗算するステップと、(j)(i)の出力の虚数部を抜き出すステップと、(k)(f)の出力から電力を計算するステップと、(l)(k)の出力の逆数を取るステップと、(m)(f)の出力から振幅を計算するステップと、(n)(m)の出力から使用する重み付け関数を選択するステップと、(o)(n)の出力からレンジ毎の振幅の平均に比例した重み付け関数を算出するステップと、(p)(n)の出力からレンジ毎の振幅の平均値が閾値以上と未満で二値化させた重み付け関数を作成するステップと、(q)(j)の出力と、(l)の出力と、(o)または(p)の出力を乗算するステップと、(r)(q)の出力をレンジ方向で加算して、位相誤差の微分値の推定値を求めるステップと、(s)(r)の出力を積分して位相誤差の推定値を求めるステップと、(t)(s)の出力から０次と１次の成分を除去するステップと、(u)(t)の出力から位相補償量を算出するステップと、(v)(f)の出力と(u)の出力を乗算して位相誤差を補償するステップと、(w)(v)の出力をIFFTするステップと、(x)処理を繰り返すかどうかを判定するステップと、を備えたことを特徴とする像再生方法にある。
【００３０】
また、地表や海面の高分解能画像を得ることのできる像再生方法であって、(a)高周波パルス信号を地表面に向けて送信し、反射エコーを受信して、信号を増幅し、中間周波数に変換し、デジタル信号に変換するステップと、(b)得られた信号を用いて信号処理を行い画像を再生するステップと、(c)画像から孤立した点状の目標が存在するレンジを探し、そのレンジを選択するステップと、(d)レンジビン内で孤立した点状の目標を探し、その目標が画像の左端に位置するように画像全体をシフトさせるステップと、(e) (d)の出力に窓関数をアジマス方向に乗算するステップと、(f) (e)の出力をアジマス方向にFFTするステップと、(g) (f)の出力をアジマスの空間周波数で微分するステップと、(h) (f)の出力の複素共役をとるステップと、(i) (g)と(h)の出力を乗算するステップと、(j) (i)の出力の虚数部を抜き出すステップと、(k) (f)の出力から電力を計算するステップと、(l) (k)の出力の逆数を取るステップと、(m) (f)の出力から振幅を計算するステップと、(A)窓関数乗算後の画像から信号とクラッタの電力比を計算するステップと、(B) (m)の出力と(A)の出力を用いて使用する重み付け関数を選択するステップと、(C)レンジ毎の振幅の平均値がA×GM未満なら０、以上ならその振幅に比例した値を持つ重み付け関数を作成するステップと、(o) (B)の出力からレンジ毎の振幅の平均に比例した重み付け関数を算出するステップと、(p) (B)の出力からレンジ毎の振幅の平均値が閾値以上と未満で二値化させた重み付け関数を作成するステップと、(q) (j)の出力と、(l)の出力と、(o)または(p)または(C)の出力を乗算するステップと、(r) (q)の出力をレンジ方向で加算して、位相誤差の微分値の推定値を求めるステップと、(s) (r)の出力を積分して位相誤差の推定値を求めるステップと、(t) (s)の出力から０次と１次の成分を除去するステップと、(u) (t)の出力から位相補償量を算出するステップと、(v) (f)の出力と(u)の出力を乗算して位相誤差を補償するステップと、(w) (v)の出力をIFFTするステップと、(x)処理を繰り返すかどうかを判定するステップと、を備えたことを特徴とする像再生方法にある。
【００３１】
また、地表や海面の高分解能画像を得ることのできる像再生方法であって、(a)高周波パルス信号を地表面に向けて送信し、反射エコーを受信して、信号を増幅し、中間周波数に変換し、デジタル信号に変換するステップと、(b)得られた信号を用いて信号処理を行い画像を再生するステップと、(c)画像から孤立した点状の目標が存在するレンジを探し、そのレンジを選択するステップと、(d)レンジビン内で孤立した点状の目標を探し、その目標が画像の左端に位置するように画像全体をシフトさせるステップと、(e) (d)の出力に窓関数をアジマス方向に乗算するステップと、(f) (e)の出力をアジマス方向にFFTするステップと、(g) (f)の出力をアジマスの空間周波数で微分するステップと、(h) (f)の出力の複素共役をとるステップと、(i) (g)と(h)の出力を乗算するステップと、(j) (i)の出力の虚数部を抜き出すステップと、(k) (f)の出力から電力を計算するステップと、(l) (k)の出力の逆数を取るステップと、(m) (f)の出力から振幅を計算するステップと、(A)  窓関数乗算後の画像から信号とクラッタの電力比を計算するステップと、(D)  振幅に比例した値を持つ重み付け関数と、S/Cに比例した値を持つ重み付け関数の和で表される重み付け関数を作成するステップと、(q) (j)の出力と、(l)の出力と、(D)の出力を乗算するステップと、(r) (q)の出力をレンジ方向で加算して、位相誤差の微分値の推定値を求めるステップと、(s) (r)の出力を積分して位相誤差の推定値を求めるステップと、(t) (s)の出力から０次と１次の成分を除去するステップと、(u) (t)の出力から位相補償量を算出するステップと、(v) (f)の出力と(u)の出力を乗算して位相誤差を補償するステップと、(w) (v)の出力をIFFTするステップと、(x)  処理を繰り返すかどうかを判定するステップと、  を備えたことを特徴とする像再生方法にある。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下この発明を各実施の形態に従って説明する。
実施の形態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図１、２と共に説明する。図１はこの発明に係る合成開口レーダ装置の構成図である。図１において、図９に示す従来ものと同一もしくは相当部分は同一符号で示す。すなわち１から６および８、９が従来技術のものと同一もしくは相当部分になる。２８はこの発明による改良型のフェーズグラディエント推定及び補償部で、詳細は図２に示す。
【００３３】
図２はこの実施の形態による図１のフェーズグラディエント推定及び補償部２８を詳細に示した構成図である。図２において、図１０に示す従来ものと同一もしくは相当部分は同一符号で示す。すなわち１０から２７が従来技術のものと同一もしくは相当部分になる。
【００３４】
２９は振幅による重み付け関数選択部で、振幅計算部１８の出力を用いて、従来の重み付け関数と、以降で示す重み付け関数のどちらを使用するかを選択する部分である。具体的には、閾値A×GMを用いて、全てのレンジビンにおいて振幅の平均値がA×GM以上ならば従来の重み付け関数、A×GM以下が１レンジビンでもあれば以降で示す重み付け関数を選択する。なお、ここで、GMはレンジビン毎の振幅の平均値の最大値、Aは閾値を決定するパラメータを示す。Aは事前に設定しておく。３０は閾値を設定した重み付け関数算出部で、レンジ毎の振幅の平均値がA×GM以上ならば１/Nn、未満なら０の二値化した重み付け関数を作成する部分である。ただし、Nnは振幅の平均が閾値A×GM以上となるレンジビンの数を示す。この重み付け関数を次式に示す。式において、max[Gn] for nは、Gnのnに対する最大値を示す。
【００３５】
【数７】
0003964218.tif 000008
【００３６】
次に、この実施の形態の動作を図３、４のフローチャートと共に説明する。図３はこの発明に係る合成開口レーダ装置の動作を示すフローチャートである。図３のフローチャートにおいて、図１１に示す従来ものと同一もしくは相当部分は同一符号で示す。すなわちステップS1からステップS5およびステップS7は従来技術のものと同一もしくは相当の処理である。改良型されたフェーズグラディエント推定及び補償部２７が、改良型のフェーズグラディエント推定を行う(ステップS24)。この処理の詳細を図４に示す。
【００３７】
図４はこの実施の形態による図３の改良型のフェーズグラディエント推定及び補償について詳細に示したものである。図４のフローチャートにおいて、図１２に示す従来ものと同一もしくは相当部分は同一符号で示す。すなわちステップS8からステップS23は従来技術のものと同一もしくは相当の処理である。
【００３８】
振幅による重み付け関数選択部２９が、振幅計算部１８の出力を用いて、従来の重み付け関数と、以降で示す重み付け関数のどちらを使用するかを選択する。具体的には、閾値A×GMを用いて、全てのレンジビンにおいて振幅の平均値がA×GM以上ならば従来の重み付け関数(振幅による重み付け関数算出部１９、ステップS16)、A×GM以下が１レンジビンでもあれば以降で示す重み付け関数(閾値を設定した重み付け関数算出部３０、ステップS26)を選択する。なおここで、GMは、レンジビン毎の振幅の平均値の最大値、Aは閾値を決定するパラメータを示す。Aは事前に設定しておく(以上ステップS25)。閾値を設定した重み付け関数算出部３０は、レンジ毎の振幅の平均値がA×GM以上ならば１/Nn、未満なら０の二値化した重み付け関数を作成する。ただし、Nnは、振幅の平均が閾値A×GM以上となるレンジビンの数を示す(ステップS26)。
【００３９】
このように本実施の形態の構成によれば、閾値を設定して、閾値以上の振幅を持つレンジビンのみを用いて処理を行うことで、推定誤差が小さいレンジでのみ処理を行い、その結果、位相補償誤差を減少させることができる。
【００４０】
実施の形態２．
次にこの発明の実施の形態２による合成開口レーダ装置を図１、５と共に説明する。実施の形態２は、実施の形態１におけるフェーズグラディエント推定及び補償部２８をさらに変更したものである。図５は、この改良型のフェーズグラディエント推定及び補償部２８を詳細に示した構成図である。図において、１０から２７および３０は実施の形態１と同一もしくは相当部分になる。
【００４１】
３１はS/C計算部で、窓関数乗算後の画像から、信号とクラッタの電力比を計算する部分である。ここで信号は、画像シフト部５で左端にシフトさせた孤立した点状の目標を表し、クラッタは孤立した点状の目標以外の成分でかつ窓関数によって除去できなかった成分を表す。３２は振幅、S/Cによる重み付け関数選択部で、振幅計算部１８の出力とS/C計算部３１の出力を用いて、従来の重み付け関数と、実施の形態１に示した重み付け関数と、以降で示す重み付け関数のどれを使用するかを選択する部分である。具体的には、振幅の平均値が閾値A×GM以下となるレンジビンが少なくとも１つあり、かつ、全てのレンジビンでS/Cが閾値B以上の場合、以降で示す重み付け関数を選択し、振幅の平均値が閾値A×GM以下となるレンジビンが少なくとも１つあり、かつ、S/Cが閾値B以下となるレンジビンが少なくとも１つある場合、実施の形態１に示した重み付け関数を選択し、それ以外ならば従来の重み付け関数を選択する。なお、ここで、A、Bは事前に設定しておく値である。３３は閾値を設定した振幅による重み付け関数算出部で、レンジ毎の振幅の平均値がA×GM未満なら０、以上ならその振幅に比例した値を持つ重み付け関数Wnを作成する部分である。この重み付け関数Wnを次式に示す。
【００４２】
【数８】
0003964218.tif 000009
【００４３】
次に、この実施の形態の動作を図３、６のフローチャートと共に説明する。実施の形態２は実施の形態１において、改良型のフェーズグラディエント推定および補償(ステップS24)を変更したものである。図６はこの改良型のフェーズグラディエント推定及び補償の処理を詳細に示したものである。図６において、ステップS8からS23およびS26は実施の形態１と同一もしくは相当の処理である。
【００４４】
S/C計算部３１が、窓関数乗算後の画像から、信号とクラッタの電力比を計算する。ここで信号は、画像シフト部５で左端にシフトさせた孤立した点状の目標を表し、クラッタは孤立した点状の目標以外の成分で、かつ窓関数によって除去できなかった成分を表す(ステップS27)。振幅、S/Cによる重み付け関数選択部３２が、振幅計算部１８の出力とS/C計算部３１の出力を用いて、従来の重み付け関数と、実施の形態１に示した重み付け関数と、以降で示す重み付け関数のどれを使用するかを選択する。
【００４５】
具体的には、振幅の平均値が閾値A×GM以下となるレンジビンが少なくとも１つあり、かつ、全てのレンジビンでS/Cが閾値B以上の場合、以降で示す重み付け関数を選択し(関数算出部３３、ステップS29)、振幅の平均値が閾値A×GM以下となるレンジビンが少なくとも１つあり、かつ、S/Cが閾値B以下となるレンジビンが少なくとも１つある場合、実施の形態１に示した重み付け関数を選択し(関数算出部３０、ステップS26)、それ以外ならば従来の重み付け関数を選択する(関数算出部１９、ステップS16)。なお、ここで、A、Bは事前に設定しておく値である(ステップS28)。閾値を設定した振幅による重み付け関数算出部３３が、レンジ毎の振幅の平均値がA×GM未満なら０、以上ならその振幅に比例した値の持つ重み付け関数を作成する(ステップS29)。
【００４６】
このように本実施の形態の構成によれば、閾値以上の振幅を持つレンジにおいて、孤立した点状の目標の電力とクラッタの電力の比(S/C)を計算し、これが、全てのレンジにおいて別途設定した閾値以上であった場合に、振幅による重み付け関数を乗算して処理を行うことで、クラッタの寄与の少ない場合にのみ重み付けを行い、位相補償誤差を減少させることができる。
【００４７】
実施の形態３．
さらにこの発明の実施の形態３による合成開口レーダ装置を図１、７と共に説明する。実施の形態３は、実施の形態２におけるフェーズグラディエント推定及び補償部２８をさらに変更したものである。図７は、この改良型のフェーズグラディエント推定及び補償部２８を詳細に示したものである。図において、１０から２７および３１は実施の形態２と同一もしくは相当部分になる。
【００４８】
３４は振幅、S/Cによる重み付け関数算出部で、振幅に比例した値を持つ重み付け関数WAn、S/Cに比例した値を持つ重み付け関数WSCnを用いて次式で表される重み付け関数Wnを作成する。式において、α、βは各々WAn、WSCnに対する重みで事前に設定しておく値であり、SCnはレンジ毎のS/Cを示す。
【００４９】
【数９】
0003964218.tif 000010
【００５０】
次に、この実施の形態の動作を図３、８のフローチャートと共に説明する。実施の形態３は、実施の形態２において、改良型のフェーズグラディエント推定および補償(ステップS24)を変更したものである。図８はこの改良型のフェーズグラディエント推定及び補償の処理を詳細に示したものである。図８において、ステップS8からS23、およびS27は実施の形態２と同一もしくは相当の処理である。
【００５１】
振幅、S/Cによる重み付け関数算出部３４が、振幅に比例した値を持つ重み付け関数WA、S/Cに比例した値を持つ重み付け関数WSCを用いて(９)式で表される重み付け関数を作成する(ステップS30)。
【００５２】
このように本実施の形態の構成によれば、振幅に比例した重み付け関数と、S/Cに比例した重み付け関数を計算し、その和による重み付け関数を求め、これを乗算して処理を行うことで、推定誤差とクラッタを抑圧でき、位相補償誤差を減少させることができる。
【００５３】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、地表や海面の高分解能画像を得る合成開口レーダ装置であって、(a)高周波パルス信号を空間に放射するとともに、反射したエコー信号を収集する送受信アンテナと、(b)この送受信アンテナで送信する高周波パルス信号を発生させるとともに、送受信アンテナで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する信号送受信部と、(c)この信号送受信部からの受信信号に画像再生処理を行い２次元の高分解能な画像を再生する画像再生処理部と、(d)処理に用いるレンジビンを選択するレンジビン選択部と、(e)レンジビン内で孤立した点状の目標を探し、その目標が画像の左端に位置するように画像全体をシフトさせる画像シフト部と、(f)窓関数をアジマス方向に乗算する窓関数乗算部と、(g)窓関数乗算後の画像データをアジマス方向にFFTするFFT部と、(h)このFFT部の出力をアジマスの空間周波数軸方向に微分する微分処理部と、(i)前記FFT部の出力の複素共役をとる共役処理部と、(j)前記微分処理部の出力と前記共役処理部の出力を乗算する乗算処理部と、(k)この乗算処理部の出力の虚数部のみを取り出す虚数部抜き出し部と、(l)前記FFT部の出力から電力を計算する電力計算部と、(m)この電力計算部の出力の逆数を取る逆数処理部と、(n)前記FFT部の出力から振幅を計算する振幅計算部と、(o)この振幅計算部の出力を用いて、使用する重み付け関数を選択する振幅による重み付け関数選択部と、(p)レンジ毎の振幅の平均に比例した重み付け関数を算出する振幅による重み付け関数算出部と、(q)レンジ毎の振幅の平均値が閾値以上と未満の場合で二値化させた重み付け関数を作成する閾値を設定した重み付け関数算出部と、(r)前記虚数部抜き出し部の出力と、前記逆数処理部の出力と、前記振幅による重み付け関数算出部あるいは前記閾値を設定した重み付け関数算出部の出力を乗算する乗算処理部と、(s)この乗算処理部の出力をレンジ方向で加算して、位相誤差の微分値の推定値を求めるレンジ方向加算部と、(t)このレンジ方向加算部の出力を積分して、位相誤差の推定値を求める積分処理部と、(u)この積分処理部の出力である位相誤差の推定値の０次と１次の成分を除去する０次、１次成分除去部と、(v)この０次、１次成分除去部の出力である位相誤差の推定値から、位相補償量を算出する位相補償量算出部と、(w)前記FFT部の出力と位相補償量算出部の出力を乗算して、位相誤差を補償する乗算処理部と、(x)この乗算処理部の出力をIFFTするIFFT部と、(y)処理を繰り返すかどうかを判定する繰り返し判定部と、を備えたことを特徴とする合成開口レーダ装置及びこれに基づく象再生方法としたので、閾値を設定して、閾値以上の振幅を持つレンジビンのみを用いて処理を行うことで、推定誤差が小さいレンジでのみ処理を行い、その結果、位相補償誤差を減少させることができる。
【００５４】
また、前記(o)の代わりに、(A)窓関数乗算後の画像から信号とクラッタの電力比を計算するS/C計算部と、(B)前記振幅計算部の出力と前記S/C計算部の出力を用いて、使用する重み付け関数を選択する振幅、S/Cによる重み付け関数選択部と、(C)レンジ毎の振幅の平均値がA×GM未満なら０、以上ならその振幅に比例した値を持つ重み付け関数を作成する閾値を設定した振幅による重み付け関数算出部と、を備えた装置及びこれに基づく象再生方法としたので、閾値以上の振幅を持つレンジにおいて、孤立した点状の目標の電力とクラッタの電力の比(S/C)を計算し、これが、全てのレンジにおいて別途設定した閾値以上であった場合に、振幅による重み付け関数を乗算して処理を行うことで、クラッタの寄与の少ない場合にのみ重み付けを行い、位相補償誤差を減少させることができる。
【００５５】
また、前記(p)、(q)、(B)および(C)の代わりに、(D)振幅に比例した値を持つ重み付け関数と、S/Cに比例した値を持つ重み付け関数の和で表される重み付け関数を作成する振幅、S/Cによる重み付け関数算出部を備えた装置及びこれに基づく象再生方法としたので、振幅に比例した重み付け関数と、S/Cに比例した重み付け関数を計算し、その和による重み付け関数を求め、これを乗算して処理を行うことで、推定誤差とクラッタを抑圧でき、位相補償誤差を減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明による合成開口レーダ装置の構成を示す図である。
【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フェーズグラディエント推定及び補償部の構成を示す図である。
【図３】  この発明による合成開口レーダ装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【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フェーズグラディエント推定及び補償部の動作を説明するためのフローチャートである。
【図５】  この発明の実施の形態２による合成開口レーダ装置のフェーズグラディエント推定及び補償部の構成を示す図である。
【図６】  この発明の実施の形態２による合成開口レーダ装置のフェーズグラディエント推定及び補償部の動作を説明するためのフローチャートである。
【図７】  この発明の実施の形態３による合成開口レーダ装置のフェーズグラディエント推定及び補償部の構成を示す図である。
【図８】  この発明の実施の形態３による合成開口レーダ装置のフェーズグラディエント推定及び補償部の動作を説明するためのフローチャートである。
【図９】  従来のこの種の合成開口レーダ装置の構成を示す図である。
【図１０】  従来のこの種の合成開口レーダ装置のフェーズグラディエント推定及び補償部の構成を示す図である。
【図１１】  従来のこの種の合成開口レーダ装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１２】  従来のこの種の合成開口レーダ装置のフェーズグラディエント推定及び補償部の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１３】  画像シフト部の動作を説明するための図である。
【符号の説明】
１  送受信アンテナ、２  信号送受信部、３  画像再生処理部、４  レンジビン選択部、５  画像シフト部、６  窓関数乗算部、７  フェーズグラディエント推定及び補償部、８  繰り返し判定部、９  画像データ、１０  画像データ、１１  FFT部、１２  微分処理部、１３  共役処理部、１４  乗算処理部、１５  虚数部抜き出し部、１６  電力計算部、１７  逆数処理部、１８  振幅計算部、１９  振幅による重み付け関数算出部、２０  乗算処理部、２１  レンジ方向加算部、２２  積分処理部、２３  ０次、１次成分除去部、２４  位相補償量算出部、２５  乗算処理部、２６  IFFT部、２７  画像データ、２８  フェーズグラディエント推定及び補償部、２９  振幅による重み付け関数選択部、３０  閾値を設定した重み付け関数算出部、３１  S/C計算部、３２  振幅、S/Cによる重み付け関数選択部、３３  閾値を設定した振幅による重み付け関数算出部、３４  振幅、S/Cによる重み付け関数算出部。
【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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