(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
目標を観測してそのレーダ画像を得る画像レーダ装置において、
上記目標のレーダ画像の連続する画像を比較してレーダ画像上の輝点の位置変化に基づき上記輝点の速度ベクトルを得る速度分布取得手段と、
予め目標の形状を格納する形状データベースと、
上記目標のレーダ画像上の輝点を上記形状データベースの目標の形状に対応付けて選定された三次元空間における位置ベクトルとその位置ベクトルのレーダ画像面におけるレンジおよびクロスレンジ座標上のベクトルを出力する輝点選定手段と、
上記輝点選定手段出力の選定された輝点の位置ベクトルとそのレーダ画像面におけるレンジ座標上のベクトルから目標の姿勢ベクトルを算出する姿勢算出手段と、を備えるとともに、
上記姿勢算出手段の出力と上記輝点選定手段の出力とに基づいて目標の角速度の候補を推定する第１の解空間算出手段と、
上記姿勢算出手段の出力と上記輝点選定手段の出力と上記速度分布取得手段の出力と既知の目標の角加速度とに基づいて目標の角速度の候補を推定する第２の解空間算出手段と、
上記第１の解空間算出手段と上記第２の解空間算出手段それぞれが算出する目標の角速度の候補のうち同一のものを選択して出力する交点検出手段とを有し目標の角速度を算出する角速度算出手段と、
を備えたことを特徴とする画像レーダ装置。
【請求項２】
上記角速度算出手段が、
上記姿勢算出手段出力の目標の姿勢ベクトルと上記輝点選定手段出力の選定されたレーダ画像上の輝点の位置ベクトルとそのレーダ画像面におけるクロスレンジ座標上のベクトルとに基いて目標の角速度の候補を推定する第１の解空間算出手段と、
上記姿勢算出手段出力の目標の姿勢ベクトルと上記輝点選定手段出力の選定されたレーダ画像上の輝点の位置ベクトルとそのレーダ画像面におけるクロスレンジ座標上のベクトルと上記速度分布取得手段出力の目標のレーダ画像上の輝点の速度ベクトルと既知の目標の角加速度とに基づいて目標の角速度の候補を推定する第2の解空間算出手段と、
上記第１の解空間算出手段と第２の解空間算出手段それぞれが算出する目標の角速度の候補のうち同一のものを選択して出力する交点検出手段と、
を備え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】
上記角速度算出手段が、
上記姿勢算出手段出力の目標の姿勢ベクトルと上記輝点選定手段出力の選定されたレーダ画像上の輝点の位置ベクトルとそのレーダ画像面におけるクロスレンジ座標上のベクトルとに基いて目標の角速度の候補を推定する第１の解空間算出手段と、
上記姿勢算出手段出力の目標の姿勢ベクトルと上記輝点選定手段出力の選定されたレーダ画像上の輝点の位置ベクトルとそのレーダ画像面におけるクロスレンジ座標上のベクトルと上記速度分布取得手段出力の目標のレーダ画像上の輝点の速度ベクトルと既知の目標の角加速度とに基づいて目標の角速度の候補を推定する第2の解空間算出手段と、
上記第１の解空間算出手段と第２の解空間算出手段それぞれが算出する目標の角速度の候補の距離が最短となる条件を探索し近接点を算出する近接点検出手段と、
を備え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】
上記角速度算出手段が、
上記第１の解空間算出手段と第２の解空間算出手段それぞれが算出する目標の角速度の候補から同一のものを選択し得ない場合、上記輝点選定手段に輝点を選定し直すよう当該角速度算出手段から上記輝点選定手段へフィードバックする手段を備えたことを特徴とする請求項２もしくは請求項３のいずれかに記載の画像レーダ装置。
【請求項５】
上記角速度算出手段が、
上記姿勢算出手段出力の目標の姿勢ベクトルと上記輝点選定手段出力の選定されたレーダ画像上の輝点の位置ベクトルとそのレーダ画像面におけるクロスレンジ座標上のベクトルとに基いて目標の角速度の候補を推定する第１の解空間算出手段と、
上記姿勢算出手段出力の目標の姿勢ベクトルと上記輝点選定手段出力の選定されたレーダ画像上の輝点の位置ベクトルとそのレーダ画像面におけるクロスレンジ座標上のベクトルと上記速度分布取得手段出力の目標のレーダ画像上の輝点の速度ベクトルと既知の目標の角加速度とに基づいて目標の角速度の候補を推定する第2の解空間算出手段と、
上記第１の解空間算出手段と第２の解空間算出手段それぞれが算出する目標の角速度の候補のうち同一のものを選択して出力する交点検出手段と、を備えるとともに、
上記姿勢算出手段出力の目標の姿勢ベクトルと上記輝点選定手段出力の選定されたレーダ画像上の輝点の位置ベクトルとそのレーダ画像面におけるクロスレンジ座標上のベクトルとに基いて行列の階数を確認する階数確認手段と、
上記階数確認結果を上記輝点選定手段へフィードバックする手段と、
を備え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６】
上記角速度算出手段が、
上記姿勢算出手段出力の目標の姿勢ベクトルと上記輝点選定手段出力の選定されたレーダ画像上の輝点の位置ベクトルとそのレーダ画像面におけるクロスレンジ座標上のベクトルとに基いて目標の角速度の候補を推定する第１の解空間算出手段と、
上記姿勢算出手段出力の目標の姿勢ベクトルと上記輝点選定手段出力の選定されたレーダ画像上の輝点の位置ベクトルとそのレーダ画像面におけるクロスレンジ座標上のベクトルと上記速度分布取得手段出力の目標のレーダ画像上の輝点の速度ベクトルと既知の目標の角加速度とに基づいて目標の角速度の候補を推定する第2の解空間算出手段と、
上記第１の解空間算出手段と第２の解空間算出手段それぞれが算出する目標の角速度の候補のうち同一のものを選択して出力する交点検出手段と、
上記目標の角速度について観測誤差が生じた場合も、フィードバックループを介し様々な輝点を用いて角速度を計算した結果から統計量を求める統計量計算手段と、
を備え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７】
上記角速度算出手段が、
上記姿勢算出手段出力の目標の姿勢ベクトルと上記輝点選定手段出力の選定されたレーダ画像上の輝点の位置ベクトルとそのレーダ画像面におけるクロスレンジ座標上のベクトルとに基いて目標の角速度の候補を推定する第１の解空間算出手段と、
上記姿勢算出手段出力の目標の姿勢ベクトルと上記輝点選定手段出力の選定されたレーダ画像上の輝点の位置ベクトルとそのレーダ画像面におけるクロスレンジ座標上のベクトルと上記速度分布取得手段出力の目標のレーダ画像上の輝点の速度ベクトルと既知の目標の角加速度とに基づいて目標の角速度の候補を推定する第２の解空間算出手段と、
上記第１の解空間算出手段と第２の解空間算出手段それぞれが算出する目標の角速度の候補のうち同一のものを選択して出力する交点検出手段と、
算出された目標の角速度について予め定めた条件を満足しない場合には結果を棄却する棄却手段と、
を備え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８】
上記角速度算出手段が、
上記姿勢算出手段出力の目標の姿勢ベクトルと上記輝点選定手段出力の選定されたレーダ画像上の輝点の位置ベクトルとそのレーダ画像面におけるクロスレンジ座標上のベクトルとに基いて目標の角速度の候補を推定する第１の解空間算出手段と、
上記姿勢算出手段出力の目標の姿勢ベクトルと上記輝点選定手段出力の選定されたレーダ画像上の輝点の位置ベクトルとそのレーダ画像面におけるクロスレンジ座標上のベクトルと上記速度分布取得手段出力の目標のレーダ画像上の輝点の速度ベクトルと既知の目標の角加速度とに基づいて目標の角速度の候補を推定する第2の解空間算出手段と、
上記第１の解空間算出手段と第２の解空間算出手段それぞれが算出する目標の角速度の候補のうち同一のものを選択して出力する交点検出手段と、
上記姿勢算出手段出力の目標の姿勢ベクトルと上記輝点選定手段出力の選定されたレーダ画像上の輝点の位置ベクトルとそのレーダ画像面におけるクロスレンジ座標上のベクトルと上記速度分布取得手段出力の目標のレーダ画像上の輝点の速度ベクトルと既知の目標の角加速度とに基づいて予め目標の角速度の解の候補の数を算出しその予測数だけ交点検出手段を動作させる解数算出手段と、
を備えたことを特徴とする請求項1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】
この発明は遠方の目標を観測してそのレーダ画像を得る画像レーダ装置に関し、特に目標の運動を求めることができる画像レーダ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１５は、例えば特開２００１−１４１８２０号公報に記載された従来の画像レーダ装置を示す構成図である。
図１５において、１は送信機、２は受信機、３は送受切替器、４は送受信アンテナ、５は画像再生手段、２１は遅延手段、２２は画像比較手段、２３は形状データベース、２４は輝点選定手段、２５は姿勢推定手段、２６は角速度推定手段、２７は角加速度推定手段である。ここで、上記遅延手段２１と画像比較手段２２とを組合わせて速度分布取得手段７０と呼ぶ。
【０００３】
図１６は、図１５と図１に共通の遅延手段と画像比較手段とを有する速度分布取得手段の動作を説明するための図である。
このレーダ装置におけるレーダ画像の時間変化を説明する図であり、横軸ｕがレンジ、縦軸ｖがクロスレンジである。また、濃度が電波散乱断面積（ＲＣＳ：Radar Cross Section）を表しており、目標である船舶の２次元画像が濃淡で示されていることがわかる。（ａ）と（ｂ）は僅かな時間差をおいて観測され再生された２枚の画像で、（ｂ）は（ａ）に対して若干回転していることがわかる。２８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。
【０００４】
（ｃ）は（ａ）と（ｂ）の２枚の画像の差分から検出された画像の速度ベクトルを説明するための図で、２９は画像（ａ）の位置ベクトル２８の点の速度ベクトルである。
【０００５】
図１７は、図１５の姿勢推定手段の内部構成図である。
図１８は、図１５の角速度推定手段の内部構成図である。
図１９は、図１５の角加速度推定手段の内部構成図である。
これらの図において、３０は行列転置手段、３１は行列乗算手段、３２は逆行列算出手段、３４はΛ行列生成手段、３５はＱ行列生成手段、３６は行列加算手段である。なお、行列乗算手段３１は、左から入力された行列に対して上または下から入力される行列を後ろから乗ずるものとする。
【０００６】
図２０、図２１は、従来及び本発明の画像レーダ装置に共通の観測座標系を説明するための図である。
図２０は、画像レーダ装置の送受信アンテナと目標の位置関係を示す図であり、図中、３７は目標の中心点、３８は当該画像レーダ装置の送受信アンテナである。
また、Ｘ，Ｙ，Ｚは目標中心点３７を基準とした座標系で、Ω１，Ω２，Ω３は、それぞれ、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の回りの角速度であり、Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３は、それぞれ、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸に沿った平行移動速度である。
また、Ｓは目標中心点３７から送受信アンテナ３８を見る方位ベクトルで、送受信アンテナと目標を結ぶ線を基準とした目標の姿勢に相当する。
【０００７】
図２１は、観測座標系を説明する補助的な図である。
図において、３９はレーダ画像が投影される仮想的なスクリーンである。Ｐは目標上のある反射点の位置ベクトルで、ｐは図１６に示すこの反射点のレーダ画像上での位置ベクトル２８に相当する。
【０００８】
次に、従来の画像レーダ装置の動作について説明する。
図１５において、送信機１で発生した高周波信号は、送受切替器３を経て送受信アンテナ４から目標に向けて放射される。目標に照射された高周波信号の一部は目標で反射して再び送受信アンテナ４で受信され、送受切替器３を経て受信機２で増幅・検波されたのち、画像再生手段５によって目標のＲＣＳ分布を表すレーダ画像に変換される。
遅延手段２１は得られたレーダ画像を一定時間遅延させるので、その入出力端では、図１６（ａ）、図１６（ｂ）に示すように時間差のある２枚のレーダ画像が得られる。
【０００９】
次に、画像比較手段２２は、この２枚の画像を比較して図１６（ｃ）に示すように反射点２８の速度ベクトル２９を求める。その方法は、例えばパターンマッチングによって、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。このように求められた速度ベクトルの集合が速度分布である。
【００１０】
また、輝点選定手段２４は、得られたレーダ画像から形状データベース２３の目標の形状と対応する輝点を３つ以上選定して、その３次元空間における位置ベクトルＰi=（Ｘi、Ｙi、Ｚi）と、レーダ画像におけるベクトルｐi＝（ｕi、ｖi）を出力する。ここで、ｉは輝点を区別するために導入した序数である。
【００１１】
また、姿勢推定手段２５は、選定された輝点の位置ベクトルと、そのレーダ画像におけるレンジ座標から、目標の姿勢Ｓを算出する。その詳細な動作について図１７を参照して説明する。ここで、Γは選定された輝点の位置ベクトルＰiで構成される行列、ｕは選定された輝点のレーダ画像におけるレンジ座標ｕiから構成される行列である。
【００１２】
行列転置手段３０は、行列Γの転置行列ΓＴを求める。
行列乗算手段３１はΓＴとΓを乗算する。逆行列算出手段３２は行列（ΓＴ）Γの逆行列（（ΓＴ）Γ）−１を求め、行列乗算手段３１は（（（ΓＴ）Γ）−１）とΓＴを乗算し、さらに行列乗算手段31はｕを乗算して、その結果として目標の姿勢ベクトルＳが出力される。
【００１３】
次に、角速度推定手段２６は、選定された輝点の位置ベクトルと、そのレーダ画像におけるクロスレンジ座標と、目標の姿勢ベクトルＳから、目標の角速度(Ωチルダ )を算出する。その詳細な動作を図１８を参照して説明する。
ｖは選定された輝点のレーダ画像におけるクロスレンジ座標ｖiから構成される行列である。
【００１４】
Λ行列生成手段３４は、目標の姿勢ベクトルＳの要素から構成される行列Λを生成する。行列乗算手段３１はΓとΛを乗算する。
【００１５】
行列転置手段３０は、行列ΓΛの転置行列（ΓΛ）Ｔを求める。
行列乗算手段３１は（ΓΛ）ＴとΓΛを乗算する。逆行列算出手段３２は行列（ΓΛ）Ｔ（ΓΛ）の逆行列（（ΓΛ）Ｔ（ΓΛ））−１を求め、行列乗算手段３１は（（ΓΛ）Ｔ（ΓΛ））−１と（ΓΛ）Ｔを乗算し、さらに行列乗算手段３１はｖを乗算して、その結果として目標の角速度(Ωチルダ)が出力される。
【００１６】
最後に、角加速度推定手段２７は、選定された輝点の位置ベクトルと、そのレーダ画像におけるクロスレンジ方向の移動速度と、目標の姿勢ベクトルＳと、目標の角速度(Ωチルダ )から、目標の角加速度(Ωチルダドット)を算出する。その詳細な動作を図１９を参照して説明する。ｖドットは選定された輝点のレーダ画像におけるクロスレンジ方向の移動速度ｖiドットから構成される行列である。
【００１７】
Λ行列生成手段３４は、目標の姿勢ベクトルＳの要素から構成される行列Λを生成する。
【００１８】
Ｑ行列生成手段３５は、目標の姿勢ベクトルＳの要素と目標の角速度(Ωチルダ)の要素から構成される行列Ｑを生成する。行列乗算手段３１はΓとＱを乗算し、行列加算手段３６は−λ／２・ｖドットから行列ΓＱを差し引く。
【００１９】
行列乗算手段３１はΓとΛを乗算し、行列転置手段３０は行列ΓΛの転置行列（ΓΛ）Ｔを求める。行列乗算手段３１は（ΓΛ）ＴとΓΛを乗算する。逆行列算出手段３２は行列（ΓΛ）Ｔ（ΓΛ）の逆行列（（ΓΛ）Ｔ（ΓΛ））−１を求め、行列乗算手段３１は（（ΓΛ）Ｔ（ΓΛ））−１と（ΓΛ）Ｔを乗算し、さらに行列乗算手段３１は行列（−λ／２・ｖドット−ΓＱ）を乗算して、その結果として目標の角加速度(Ωチルダドット)が出力される。
【００２０】
次に、この動作の原理について説明する。
はじめにレーダ画像における速度ベクトル分布を求める。図２０に示す座標系において、Ｘ，Ｙ，Ｚは目標を基準とした座標系で、Ω ＝（Ω1，Ω2，Ω3）は目標の角速度、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座標の原点から距離ｒ0にはアンテナがあって、目標の原点とアンテナを結ぶＬＯＳ（Line of Sight）上の単位ベクトルがＳである。
【００２１】
このとき、レーダ画像は、次のベクトルｕ、ｖ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。
【００２２】
【数１】
0003917003.tif 000002
【００２３】
ここで、ｖはドップラー周波数の軸であるため、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、Ωチルダは次式で与えられるベクトルで、ΩとＷを合成した角速度である。
【００２４】
【数２】
0003917003.tif 000003
【００２５】
レーダ画像のスクリーンの概念を図２１に示す。図２１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）の点目標の像である。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。
【００２６】
【数３】
0003917003.tif 000004
【００２７】
また、スクリーン上の画像の速度は、式（４）、式（５）を時間で微分して得られる。まずｕ軸については、式（６）のように表される。
【００２８】
【数４】
0003917003.tif 000005
【００２９】
上記の式（６）においてのベクトルＰドット，Ｓドットは、式（７）、式（８）のように表される。
【００３０】
【数５】
0003917003.tif 000006
【００３１】
上記の式（７）、式（８）を用いて次式が得られる。式（９）は次式で表される。
【００３２】
【数６】
0003917003.tif 000007
【００３３】
また、ｖ軸についても、次のように求められる。
【００３４】
【数７】
0003917003.tif 000008
【００３５】
レーダ画像とその速度分布は式（４）、式（５）、式（９）、式（１０）の４つの式で与えられるが、式（９）はレンジの変化ｕドットが  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、目標上の位置が既知であるｎ点の反射点（ｎ≧３）を同時に観測した場合、次のように書くことができる。
【００３６】
【数８】
0003917003.tif 000009
【００３７】
ここで、それぞれの行列は次のように定義した。
【００３８】
【数９】
0003917003.tif 000010
【００３９】
ここで、ＳとΩチルダ、およびΩチルダドットにおける添字の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。また、Ｘ、Ｙ、Ｚにおける添字の数字は、ｎ点の反射点を区別するための序数である。
【００４０】
ここで、式（１１）を解くことにより目標の姿勢Ｓを求めることができる。反射点の数ｎがｎ≧３であれば、よく知られた最小２乗法を用いて解くことができて、Ｓの推定値(Ｓハット)は次式で与えられる。
【００４１】
【数１０】
0003917003.tif 000011
【００４２】
すなわち、姿勢推定手段２５は、図１７の構成によって式（２３）を計算して目標の姿勢Ｓの推定値を求めることができる。
【００４３】
また、式（１２）を解くことにより目標の角速度(Ωチルダ)を求めることができる。反射点の数ｎがｎ≧３であれば、よく知られた最小２乗法を用いて解くことができ、角速度の推定値(Ωチルダハット)は次式で与えられる。
【００４４】
【数１１】
0003917003.tif 000012
【００４５】
すなわち、角速度推定手段２６は、図１８の構成によって式（２４）を計算して目標の角速度の推定値(Ωチルダハット)を求めるものであった。
【００４６】
また、同様に、式（１３）を解くことにより目標の角加速度(Ωチルダドット)を求めることができる。反射点の数ｎがｎ≧３であれば、よく知られた最小２乗法を用いて解くことができて、目標の角加速度の推定値(Ωチルダドットハット)は次式で与えられる。
【００４７】
【数１２】
0003917003.tif 000013
【００４８】
すなわち、角加速度推定手段２７は、図１９の構成によって式（２５）を計算して目標の角加速度の推定値(Ωチルダドットハット)を求めるものであった。
【００４９】
このように、目標上に位置が既知あるいは測定可能な反射点が３つ以上あって、そのレーダ画像と、画像上の輝点の速度ベクトル分布を観測して、目標の姿勢と角速度、および角加速度を求めるものであった。
【００５０】
このように従来の画像レーダ装置によれば、輝点選定手段２４がベクトルＰ＝（Ｘ、Ｙ、Ｚ）およびｐ＝（ｕ、ｖ）を求め、画像比較手段２２がｖドットを求め、姿勢推定手段２５が式（２３）に従って目標の姿勢を求め、角速度推定手段２６が式（２４）に従って目標の角速度を求め、角加速度推定手段２７が式（２５）に従って目標の角加速度を求めるものであった。
【００５１】
【発明が解決しようとする課題】
従来のレーダ装置では、以上のように目標の運動を推定するように構成されているが、次の理由により一般に目標の角速度（Ωチルダ）を一意に特定することができないと言う問題があった。
【００５２】
従来の画像レーダ装置は、式（２４）を用いて目標の角速度を求めるが、行列（ΓΛ）Ｔ（ΓΛ）の階数は一般に２となる。しかし、目標の角速度（Ωチルダ）は、Ｘ、Ｙ、Ｚの３つの軸について求めるべきであるので、これらの値を求めるためには行列（ΓΛ）Ｔ（ΓΛ）の階数は３である必要がある。即ち、式（２４）の解は自由度が１の不確定性をもち、目標の角速度（Ωチルダ）を一意に特定することができなかった。
【００５３】
この発明は、以上のような問題点を解消するためになされたもので、目標の角速度（Ωチルダ）を一意に特定して目標の運動を推定す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。
【００５４】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、この発明の請求項１に係る画像レーダ装置は、目標を観測してそのレーダ画像を得る画像レーダ装置において、
上記目標のレーダ画像の連続する画像を比較してレーダ画像上の輝点の位置変化に基づき上記輝点の速度ベクトルを得る速度分布取得手段と、
予め目標の形状を格納する形状データベースと、
上記目標のレーダ画像上の輝点を上記形状データベースの目標の形状に対応付けて選定された三次元空間における位置ベクトルとその位置ベクトルのレーダ画像面におけるレンジおよびクロスレンジ座標上のベクトルを出力する輝点選定手段と、
上記輝点選定手段出力の選定された輝点の位置ベクトルとそのレーダ画像面におけるレンジ座標上のベクトルから目標の姿勢ベクトルを算出する姿勢算出手段と、を備えるとともに、
上記姿勢算出手段の出力と上記輝点選定手段の出力とに基づいて目標の角速度の候補を推定する第１の解空間算出手段と、
上記姿勢算出手段の出力と上記輝点選定手段の出力と上記速度分布取得手段の出力と既知の目標の角加速度とに基づいて目標の角速度の候補を推定する第２の解空間算出手段と、
上記第１の解空間算出手段と上記第２の解空間算出手段それぞれが算出する目標の角速度の候補のうち同一のものを選択して出力する交点検出手段とを有し目標の角速度を算出する角速度算出手段と、を備えたことを特徴とする。
【００５５】
また、この発明の請求項２に係る画像レーダ装置は、請求項1記載の画像レーダ装置の角速度算出手段が、
上記姿勢算出手段出力の目標の姿勢ベクトルと上記輝点選定手段出力の選定されたレーダ画像上の輝点の位置ベクトルとそのレーダ画像面におけるクロスレンジ座標上のベクトルとに基いて目標の角速度の候補を推定する第１の解空間算出手段と、
上記姿勢算出手段出力の目標の姿勢ベクトルと上記輝点選定手段出力の選定されたレーダ画像上の輝点の位置ベクトルとそのレーダ画像面におけるクロスレンジ座標上のベクトルと上記速度分布取得手段出力の目標のレーダ画像上の輝点の速度ベクトルと既知の目標の角加速度とに基づいて目標の角速度の候補を推定する第２の解空間算出手段と、
上記第１の解空間算出手段と第２の解空間算出手段それぞれが算出する目標の角速度の候補のうち同一のものを選択して出力する交点検出手段と、を備えたことを特徴とする。
【００５６】
また、この発明の請求項３に係る画像レーダ装置は、請求項１記載の画像レーダ装置の角速度算出手段が、
上記姿勢算出手段出力の目標の姿勢ベクトルと上記輝点選定手段出力の選定されたレーダ画像上の輝点の位置ベクトルとそのレーダ画像面におけるクロスレンジ座標上のベクトルとに基いて目標の角速度の候補を推定する第１の解空間算出手段と、
上記姿勢算出手段出力の目標の姿勢ベクトルと上記輝点選定手段出力の選定されたレーダ画像上の輝点の位置ベクトルとそのレーダ画像面におけるクロスレンジ座標上のベクトルと上記速度分布取得手段出力の目標のレーダ画像上の輝点の速度ベクトルと既知の目標の角加速度とに基づいて目標の角速度の候補を推定する第２の解空間算出手段と、
上記第１の解空間算出手段と第２の解空間算出手段それぞれが算出する目標の角速度の候補の距離が最短となる条件を探索し近接点を算出する近接点検出手段と、を備えたことを特徴とする。
【００５７】
また、この発明の請求項４に係る画像レーダ装置は、請求項２もしくは請求項３のいずれかに記載の画像レーダ装置の角速度算出手段が、
上記第１の解空間算出手段と第２の解空間算出手段それぞれが算出する目標の角速度の候補から同一のものを選択し得ない場合、上記輝点選定手段に輝点を選定し直すよう当該角速度算出手段から上記輝点選定手段へフィードバックする手段を備えたことを特徴とする。
【００５８】
また、この発明の請求項５に係る画像レーダ装置は、請求項1記載の画像レーダ装置の角速度算出手段が、
上記姿勢算出手段出力の目標の姿勢ベクトルと上記輝点選定手段出力の選定されたレーダ画像上の輝点の位置ベクトルとそのレーダ画像面におけるクロスレンジ座標上のベクトルとに基いて目標の角速度の候補を推定する第１の解空間算出手段と、
上記姿勢算出手段出力の目標の姿勢ベクトルと上記輝点選定手段出力の選定されたレーダ画像上の輝点の位置ベクトルとそのレーダ画像面におけるクロスレンジ座標上のベクトルと上記速度分布取得手段出力の目標のレーダ画像上の輝点の速度ベクトルと既知の目標の角加速度とに基づいて目標の角速度の候補を推定する第２の解空間算出手段と、
上記第１の解空間算出手段と第２の解空間算出手段それぞれが算出する目標の角速度の候補のうち同一のものを選択して出力する交点検出手段と、を備えるとともに、
上記姿勢算出手段出力の目標の姿勢ベクトルと上記輝点選定手段出力の選定されたレーダ画像上の輝点の位置ベクトルとそのレーダ画像面におけるクロスレンジ座標上のベクトルとに基いて行列の階数を確認する階数確認手段と、上記階数確認結果を上記輝点選定手段へフィードバックする手段と、を備えたことを特徴とする。
【００５９】
また、この発明の請求項６に係る画像レーダ装置は、請求項１記載の画像レーダ装置の角速度算出手段が、
上記姿勢算出手段出力の目標の姿勢ベクトルと上記輝点選定手段出力の選定されたレーダ画像上の輝点の位置ベクトルとそのレーダ画像面におけるクロスレンジ座標上のベクトルとに基いて目標の角速度の候補を推定する第１の解空間算出手段と、
上記姿勢算出手段出力の目標の姿勢ベクトルと上記輝点選定手段出力の選定されたレーダ画像上の輝点の位置ベクトルとそのレーダ画像面におけるクロスレンジ座標上のベクトルと上記速度分布取得手段出力の目標のレーダ画像上の輝点の速度ベクトルと既知の目標の角加速度とに基づいて目標の角速度の候補を推定する第２の解空間算出手段と、
上記第１の解空間算出手段と第２の解空間算出手段それぞれが算出する目標の角速度の候補のうち同一のものを選択して出力する交点検出手段と、
上記目標の角速度について観測誤差が生じた場合も、フィードバックループを介し様々な輝点を用いて角速度を計算した結果から統計量を求める統計量計算手段と、を備えたことを特徴とする。
【００６０】
また、この発明の請求項７に係る画像レーダ装置は、請求項１記載の画像レーダ装置の角速度算出手段が、
上記姿勢算出手段出力の目標の姿勢ベクトルと上記輝点選定手段出力の選定されたレーダ画像上の輝点の位置ベクトルとそのレーダ画像面におけるクロスレンジ座標上のベクトルとに基いて目標の角速度の候補を推定する第１の解空間算出手段と、
上記姿勢算出手段出力の目標の姿勢ベクトルと上記輝点選定手段出力の選定されたレーダ画像上の輝点の位置ベクトルとそのレーダ画像面におけるクロスレンジ座標上のベクトルと上記速度分布取得手段出力の目標のレーダ画像上の輝点の速度ベクトルと既知の目標の角加速度とに基づいて目標の角速度の候補を推定する第２の解空間算出手段と、
上記第１の解空間算出手段と第２の解空間算出手段それぞれが算出する目標の角速度の候補のうち同一のものを選択して出力する交点検出手段と、
算出された目標の角速度について予め定めた条件を満足しない場合には結果を棄却する棄却手段と、を備えたことを特徴とする。
【００６１】
また、この発明の請求項８に係る画像レーダ装置は、請求項１記載の画像レーダ装置の角速度算出手段が、
上記姿勢算出手段出力の目標の姿勢ベクトルと上記輝点選定手段出力の選定されたレーダ画像上の輝点の位置ベクトルとそのレーダ画像面におけるクロスレンジ座標上のベクトルとに基いて目標の角速度の候補を推定する第１の解空間算出手段と、
上記姿勢算出手段出力の目標の姿勢ベクトルと上記輝点選定手段出力の選定されたレーダ画像上の輝点の位置ベクトルとそのレーダ画像面におけるクロスレンジ座標上のベクトルと上記速度分布取得手段出力の目標のレーダ画像上の輝点の速度ベクトルと既知の目標の角加速度とに基づいて目標の角速度の候補を推定する第２の解空間算出手段と、
上記第１の解空間算出手段と第２の解空間算出手段それぞれが算出する目標の角速度の候補のうち同一のものを選択して出力する交点検出手段と、
上記姿勢算出手段出力の目標の姿勢ベクトルと上記輝点選定手段出力の選定されたレーダ画像上の輝点の位置ベクトルとそのレーダ画像面におけるクロスレンジ座標上のベクトルと上記速度分布取得手段出力の目標のレーダ画像上の輝点の速度ベクトルと既知の目標の角加速度とに基づいて予め目標の角速度の解の候補の数を算出しその予測数だけ交点検出手段を動作させる解数算出手段と、を備えたことを特徴とする。
【００６２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明の画像レーダ装置の実施の形態１を示す構成図である。
図１において、１は送信機、２は受信機、３は送受切替器、４は送受信アンテナ、５は画像再生手段、２１は遅延手段、２２は画像比較手段、２３は形状データベース、２４は輝点選定手段、２５は姿勢推定手段である。
ここで、上記遅延手段２１と画像比較手段２２とを組合わせて速度分布取得手段７０と呼ぶ。
図１５に示す従来のレーダ装置と同様の部分には同一符号を付す。
【００６３】
また、角速度算出手段４０は、レーダ画像とその速度分布、目標の形状及び既知の角加速度に基づいて目標の角速度を求める角速度算出手段である。
【００６４】
図２は、図１の角速度算出手段の内部構成図である。
図２において、４１は第１の解空間算出手段、４２は第２の解空間算出手段、４３は交点検出手段である。
【００６５】
図３は、図２の第１の解空間算出手段４１の内部構成図である。
図３において、３０、３４は、図１９に示す従来のレーダ装置と同様の行列転置手段、Λ行列生成手段である。４８は零空間算出手段で、入力される行列ＡについてＡｘ＝０となるベクトルｘ、即ち行列Ａの零空間を求める。また、４７は特殊解算出手段で、左側から入力される行列Ａと、下から入力されるベクトルｂについてＡｘ＝ｂとなるベクトルｘの一例、即ちＡｘ＝ｂの特殊解を求める。
【００６６】
図４は、図２の第２の解空間算出手段４２の内部構成図である。図４において、３０、３４は、図１９に示す従来のレーダ装置のものと同様のものである。４８は零空間算出手段、４７は特殊解算出手段である。
【００６７】
図５は、図２の角速度算出手段における目標の角速度の解を模式的に説明するための図である。
図５において、Ω1チルダ，Ω２チルダ，Ω３チルダは、それぞれ、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の回りの角速度、４４は第１の解空間算出手段４１により求められた解の候補、４５は第２の解空間算出手段４２により求められた解の候補、４６は４４と４５の交点である。
【００６８】
次に動作について説明する。
図１において、図１５と同一符号を付したものは従来と同様のもので同様に機能する。観測した目標のレーダ画像を再生し、図１６に示したように時間差のある２枚のレーダ画像から反射点２８の速度ベクトル２９を求める。
また、輝点選定手段２４により選定された輝点の位置ベクトルと、そのレーダ画像におけるレンジ座標から、目標の姿勢Ｓを算出する。ここで、Γは選定された輝点の位置ベクトルで構成される行列、ｕは選定された輝点のレーダ画像におけるレンジ座標から構成される行列である。
【００６９】
角速度算出手段４０は、選定された輝点の位置ベクトルで構成される行列Γと、そのレーダ画像におけるクロスレンジ座標ｖと、その速度分布(ｖドット)と、目標の姿勢ベクトルＳ、および既知の角加速度(Ωチルダドット)から、目標の角速度(Ωチルダ )を算出する。その詳細な動作を図２を参照して説明する。
ｖは選定された輝点のレーダ画像におけるクロスレンジ座標ｖiから構成される行列である。
【００７０】
図２において、第１の解空間算出手段４１と第２の解空間算出手段４２は、それぞれ異なるアルゴリズムに基いて目標の角速度Ωチルダの解の候補を算出する。交点検出手段４３は、第１の解空間算出手段４１と、第２の解空間算出手段４２とが算出した解の候補のうち、同一のものを選択して出力する。
【００７１】
その動作の概念を図５を参照して説明する。
図５は、角速度(Ωチルダ )で構成される３次元空間を模式的に表した図で、目標の角速度はこの空間内の１点で表される。
第１の解空間算出手段４１により求められた解の候補は、後に示すように、直線４４を形成する。一方、第２の解空間算出手段４２により求められた解の候補は、後に示すように、２次曲線４５を形成する。従って、直線４４と曲線４５の交点上に解が存在することがわかる。
【００７２】
さらに、第１の解空間算出手段の詳細な動作を図３を参照して説明する。
Λ行列生成手段３４は、目標の姿勢ベクトルＳの要素から構成される行列Λを生成する。行列乗算手段３１はΓとΛを乗算する。ここで、Γは選定された輝点の位置ベクトルで構成される行列である。
【００７３】
行列転置手段３０は、行列ΓΛの転置行列（ΓΛ）Ｔ  を求める。これまでの動作は図１７，図１８に示される従来の装置におけるものと同様である。行列乗算手段３１は（ΓΛ）ＴとΓΛとを乗算する。零空間算出手段４８は行列（ΓΛ）Ｔ（ΓΛ）の零空間を求める。
【００７４】
一方、行列乗算手段３１は行列（ΓΛ）Ｔと−λ／２・ｖを乗算する。ここで、λはレーダの送信中心波長である。
【００７５】
特殊解算出手段４７は、（ΓΛ）Ｔ（ΓΛ）ｘ＝−λ／２・（ΓΛ）Ｔｖの特殊解を求める。
また、行列乗算手段３１は零空間算出手段４８の出力にαを乗じる。ここで、αは任意の実数値をとる変数である。さらに、行列加算手段３６は行列乗算手段３１の出力に特殊解算出手段４７の出力を加え、その結果として目標の角速度Ωチルダの解の第１の候補が出力される。
【００７６】
同様に、第２の解空間算出手段の詳細な動作を図４を参照して説明する。
Λ行列生成手段３４は、目標の姿勢ベクトルＳの要素から構成される行列Λを生成する。行列乗算手段３１はΓとΛを乗算する。
ここで、Γは選定された輝点の位置ベクトルで構成される行列である。
【００７７】
行列転置手段３０は、行列ΓΛの転置行列（ΓΛ）Ｔを求める。行列乗算手段３１は（ΓΛ）ＴとΓを乗算する。零空間算出手段４８は行列（ΓΛ）ＴΓの零空間を求める。
【００７８】
一方、行列乗算手段３１は、行列ΓΛに目標の角加速度Ωチルダドットを乗ずる。
【００７９】
行列加算手段３６は行列乗算手段３１と  −λ／２・ｖドットの差、即ち、−（λ／２・ｖドット＋ΓΛ・Ωチルダドット）を求める。さらに、行列乗算手段３１は、行列（ΓΛ）Ｔ  に行列加算手段３６の出力を乗じて、行列−（ΓΛ）Ｔ（λ／２・ｖドット＋ΓΛ・Ωチルダドット）を求める。
【００８０】
特殊解算出手段４７は、（ΓΛ）Ｔ  Γｘ＝−（ΓΛ）Ｔ（λ／２・ｖドット＋ΓΛ・Ωチルダドット）の特殊解を求める。
また、行列乗算手段３１は零空間算出手段４８の出力にαを乗じる。ここで、αは任意の実数の値をとる変数である。さらに、行列加算手段３６は行列乗算手段３１の出力に特殊解算出手段４７の出力を加え、その結果として目標の角速度(Ωチルダ )の解の第２の候補が出力される。
【００８１】
次に、この実施の形態１の動作の原理について説明する。
はじめに第１の解空間算出手段の動作の原理について述べる。
従来の技術で述べたように、目標の姿勢ベクトルＳと、レーダ画像上の輝点の位置ベクトルＰが既知であれば、輝点のクロスレンジ座標ｖの観測値に基いて、式（２４）に従い目標の角速度の候補を求めることができる。
Ａx＝bを満足するベクトルxの解の一例、即ちＡx＝bの特殊解をx0、また、Ａx＝0を満足するベクトルxの解、即ち行列Ａの零空間をyとおくと、線形方程式Ａx＝bの一般解は、任意の実数αを用いて、x0+αyで与えられることが知られている。従って、式（２４）において、Ａ＝（ΓΛ）Ｔ（ΓΛ）、x＝Ωチルダ、b＝-λ／２・（ΓΛ）Ｔｖとおけば、角速度の解の候補は図３に示す構成によって求められることがわかる。
【００８２】
次に、第２の解空間算出手段の動作の原理について述べる。
従来の技術で述べたように、目標の姿勢ベクトルＳと、角加速度(Ωチルダドット)、およびレーダ画像上の輝点の位置ベクトルＰが既知であれば、輝点のクロスレンジ方向の移動速度(ｖドット)の観測値に基いて、式（２５）に従い目標の角加速度の候補を求めることができる。ここで、角加速度(Ωチルダドット)を既知と考え、式（２５）を行列Ｑについて書き直して次の式を得る。
【００８３】
【数１３】
0003917003.tif 000014
【００８４】
従って、式（２６）において、Ａ＝（ΓΛ）ＴΓ、x＝Ｑ、b＝（ΓΛ）Ｔ（−λ／２・ｖドット  −ΓΛΩチルダドット）とおけば、Ｑの解の候補は図４の構成によって求められることがわかる。ここで、Ｑは式（２２）に示すように角速度(Ωチルダ )の２次式で定義されるので、即ち図４の構成によってΩチルダの２次式が求められることがわかる。
【００８５】
即ち、図３の構成によってΩチルダの解の候補が図５に示す３次元空間上の直線４４として求められ、さらに図４の構成によってΩチルダの解の候補が図５に示す３次元空間上の２次曲線４５として求められることがわかる。
目標の角速度(Ωチルダ )は、第１の解空間算出手段と第２の解空間算出手段の両方の解の候補に含まれているので、交点検出手段４３は直線４４と曲線４５の交点を求めることによってΩチルダを特定することができる。
【００８６】
また、観測誤差等によって交点が求められない場合には、交点検出手段４３から輝点選定手段２４へフィードバックして、輝点を選定し直してもよい。
【００８７】
以上のように実施の形態１によれば、角速度算出手段の第１の解空間算出手段と第２の解空間算出手段夫々が解の候補を推定して、交点検出手段によりそれらの交点を求めることにより、目標の角速度を特定することができる。
【００８８】
実施の形態２．
図６は、この発明の実施の形態２の第１の解空間算出手段の内部構成図である。
実施の形態１の図３と同様のものには同一符号を付す。
【００８９】
次に動作について説明する。実施の形態１で説明したように、第１の解空間算出手段は式（２４）において、Ａ＝（ΓΛ）Ｔ（ΓΛ）、x＝Ωチルダ、b＝−λ／２・（ΓΛ）Ｔｖとおいて、線形方程式Ａx＝bの一般解を、任意の実数αを用いて、x0+αyとして求めるものであった。
ここで、x0はＡx＝bの特殊解、yは行列Ａの零空間である。
ところで、行列Ａの零空間を計算すると、ベクトルＳと一致する。そこで、図３において零空間算出手段４８を用いることなく、代わりにベクトルＳを用いることによって、図６の構成で第１の解空間算出手段を構成できることがわかる。
【００９０】
以上のように本実施の形態２によれば、実施の形態１の効果に加えて、角速度算出手段の第１の解空間算出手段における零空間算出手段を用いることなく簡易な構成とすることができる。
【００９１】
実施の形態３．
図７は、この発明の実施の形態３の角速度算出手段の内部構成図である。
図７において、第１の解空間算出手段と第２の解空間算出手段は、図２に示す実施の形態１と同様である。４９は近接点検出手段である。
図８は図７の角速度算出手段の動作を説明するための図である。
図８において、Ω１チルダ，Ω２チルダ，Ω３チルダは、それぞれ、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の回りの角速度、直線４４は第１の解空間算出手段により求められた解の候補、曲線４５は第２の解空間算出手段により求められた解の候補である。また、５０は直線４４と曲線４５の最も近接した条件における直線４４上の点、５１は同条件における曲線４５上の点である。
【００９２】
次に動作について説明する。実施の形態１で説明したように、角速度算出手段４０は、図５に示す直線４４と２次曲線４５の交点４６を求めることにより、目標の角速度を算出するものである。
しかし、観測誤差等によって、直線４４あるいは曲線４５にずれを生じた場合、図８に示すようにこれらが交わらない場合もあり得る。
そこで、近接点検出手段４９は、直線４４と２次曲線４５が最も近接する条件、即ち、直線４４上の点と曲線４５上の点の距離が最短となる条件を探索し、点５０と点５１を検出する。次に、点５０と点５１の座標に基いて近接点を算出する。近接点は点５０と点５１の中間に定義してもよく、あるいは重み付け平均を用いても良い。また、距離は例えばΩ１チルダ，Ω２チルダ，Ω３チルダで構成される３次元空間のユークリッド距離に基いて計算しても良い。
【００９３】
また、適当な近接点が求められない場合には、近接点検出手段から輝点選定手段２４へフィードバックして、輝点を選定し直してもよい。
【００９４】
以上のように本実施の形態３によれば、目標の角速度算出手段が、第１の解空間算出手段と、第２の解空間算出手段と、それぞれが算出する目標の角速度の解候補の距離が最短となる条件を探索し、近接点を算出する近接点検出手段と、を備えたことにより、観測誤差等が生じて目標の角速度の解候補が交わらない場合にも、目標の角速度を特定することができる。
【００９５】
実施の形態４．
図９は、この発明の実施の形態４の角速度算出手段の内部構成図である。
図９において、５２は階数確認手段である。その他は実施の形態１を示す図２に示したものと同様である。
図１０は、図９の階数確認手段の内部構成図である。
図１０において５３ａ，５３ｂは階数算出手段である。
【００９６】
次に動作について説明する。実施の形態１で説明したように、第１の解空間算出手段は、Ａ＝（ΓΛ）Ｔ（ΓΛ）、x＝Ωチルダ、b＝−λ／２・（ΓΛ）Ｔ・ｖ  とおいて、方程式Ａx＝bの解を求めるものであった。
ここで行列Ａの階数は一般で２であるため、解は図５に示すように３次元空間内の直線４４として求められたが、選定された輝点の位置関係によっては階数が１になる場合もあり得る。この場合、解の候補は３次元空間内の平面となって都合が悪い。
そこで、図９において階数確認手段５２は行列Ａの階数を監視して、これが２にならない場合にはフィードバックループを介して輝点選定手段２４に輝点を選定し直すよう指示する。
【００９７】
同様に、第２の解空間算出手段は、Ａ´＝（ΓΛ）ＴΓ、x＝Ｑ、b´＝（ΓΛ）Ｔ（−λ／２・ｖドット  −ΓΛΩチルダドット）とおいて、方程式Ａ´x＝b´の解を求めるものであった。
ここで行列Ａ´の階数は一般で２であるため、解は図５に示すように３次元空間内の曲線４５として求められたが、選定された輝点の位置関係によっては階数が１になる場合もあり得る。この場合、解の候補は３次元空間内の曲面となって都合が悪い。
そこで、図９において階数確認手段５２は行列Ａ´の階数を監視して、これが２にならない場合にはフィードバックループを介して輝点選定手段２４に輝点を選定し直すよう指示する。
【００９８】
次に、階数確認手段５２の動作について図１０を参照して説明する。
Λ行列生成手段３４は、目標の姿勢ベクトルＳの要素から構成される行列Λを生成する。行列乗算手段３１はΓとΛを乗算する。ここで、Γは選定された輝点の位置ベクトルで構成される行列である。
行列転置手段３０は、行列ΓΛの転置行列（ΓΛ）Ｔ を求める。行列乗算手段３１は（ΓΛ）Ｔ とΓΛを乗算して行列Ａを生成する。
これらの動作は実施の形態１を示す図３におけるものと同様である。
【００９９】
また、行列乗算手段３１は（ΓΛ）Ｔ と Γを乗算して行列Ａ´を生成する。
【０１００】
階数算出手段５３ａは、行列Ａの階数を算出して、これが２に達しない場合にはフィードバックループを介して輝点選定手段２４に輝点を選定し直すよう指示する。また、階数算出手段５３ｂは、行列Ａ´の階数を算出して、これが２に達しない場合にはフィードバックループを介して輝点選定手段２４に輝点を選定し直すよう指示する。
【０１０１】
以上のように、本実施の形態４によれば、角速度算出手段の解空間算出手段における行列の階数を確認する階数確認手段を備え、上記階数確認結果を上記輝点選定手段へフィードバックすることにより、上記階数確認結果が所定の条件を満たさない場合、輝点を選び直して不適切な輝点が選定されることを防ぎ安定して目標の角速度を特定することができる。
【０１０２】
実施の形態５．
図１１は、この発明の実施の形態５の角速度算出手段の内部構成図である。
図１１において、５４は統計量計算手段である。その他は実施の形態１を示す図２に示したものと同様である。
【０１０３】
次に動作について説明する。実施の形態１で説明したように、交点検出手段４３は、第１の解空間算出手段と第２の解空間算出手段とが出力する解の候補の交わりを探索して目標の角速度として出力するが、観測誤差の影響によって、計算された角速度に観測誤差を生じることが考えられる。また、図５を参照して説明したように、解の候補の交わりは１点とは限らないので、観測誤差等により誤った角速度を解として得る場合もありうる。
そこで、統計量計算手段５４は、様々な輝点の組み合わせを用いて角速度を計算した結果から、統計量を求めてもっとも確からしい目標の角速度を出力する。
【０１０４】
図１１において統計量計算手段５４は、例えば予め定めた数の角速度の計算結果が得られるまで、フィードバックループを介して輝点選定手段２４に輝点を選定し直すように指示する。そして得られた角速度の計算結果の統計量を求めて、目標の角速度として出力する。
この場合、統計量は例えば平均値、あるいはモードやメジアン値などでもよい。
【０１０５】
以上のように本実施の形態５によれば、観測誤差等が生じた場合も、フィードバックループを介して様々な輝点を用いて角速度を計算した結果から統計量を求め、目標の角速度として出力することにより、安定して目標の角速度の推定精度を向上することができる。
【０１０６】
実施の形態６．
図１２は、この発明の実施の形態６の角速度算出手段の内部構成図である。
図１２において、５５は棄却手段である。その他は実施の形態１を示す図２に示したものと同様である。
【０１０７】
次に動作について説明する。実施の形態５で説明したように、角速度算出手段４０の出力する角速度は観測誤差の影響を受けて誤差を生ずることがあり、誤った角速度を出力する場合もありうる。
そこで棄却手段５５は、角速度算出手段４０が出力した角速度が、予め定めた条件を満足するかどうか検査して、満足しない場合にはこれを棄却する。条件は、例えば角速度の最大値と最小値でも良い。
【０１０８】
以上のように本実施の形態６によれば、棄却手段は、角速度算出手段が出力した目標の角速度が、予め定めた条件を満足するかどうか検査して、満足しない場合にはこれを棄却することにより、誤った角速度を解として推定する可能性を排除することができる。
【０１０９】
実施の形態７．
図１３は、この発明の実施の形態７の角速度算出手段の内部構成図である。
図１３において、５６は解数算出手段である。その他は実施の形態１を示す図２に示したものと同様である。
また、図１４は、図１３の解数算出手段５６の内部構成例を示す図である。
図１４において、５９はＤ行列生成手段、６０は第１の根存在確認手段、６１は第２の根存在確認手段、６２は解数決定手段である。５３は階数算出手段で、実施の形態４を示す図１０に示したものと同様である。その他は実施の形態１を示す図３に基づくものである。
【０１１０】
次に、この角速度算出手段４０の動作について図１３を参照して説明する。実施の形態１で説明したように、交点検出手段４３は、第１の解空間算出手段と第２の解空間算出手段が出力する解の候補の交わりを探索して目標の角速度として出力するが、図５を参照して説明したように、３次元空間内の直線４４と２次曲線４５の交点を求める問題であるので、交点は１つとは限らず、２つ存在する場合がある。あるいはまた、観測誤差等の影響を受けて直線４４や２次曲線４５に誤差を生じて、交点が存在しない場合もある。
そこで、解数算出手段５６は、予め交点の数を予測して、その結果を交点検出手段４３へ伝えることにより、交点検出手段が無駄に動作したり、あるいは交点を見落とすことを防止する。
【０１１１】
さらに、解数算出手段５６の動作について図１４を参照して説明する。
Λ行列生成手段３４は、目標の姿勢ベクトルＳの要素から構成される行列Λを生成する。行列乗算手段３１はΓとΛを乗算する。ここで、Γは選定された輝点の位置ベクトルで構成される行列である。
【０１１２】
行列転置手段３０は、行列ΓΛの転置行列（ΓΛ）Ｔを求める。行列乗算手段３１は（ΓΛ）ＴとΓを乗算する。零空間算出手段４８は行列（ΓΛ）ＴΓの零空間を求める。
【０１１３】
また、行列乗算手段３１は、行列ΓΛに目標の角加速度(Ωチルダドット)を乗ずる。
【０１１４】
行列加算手段３６は行列乗算手段３１の出力と −λ／２・ｖドットの差、即ち、行列 −(λ／２・ｖドット＋ΓΛ・Ωチルダドット)を求める。さらに、行列乗算手段３１は、行列（ΓΛ）Tに行列加算手段３６の出力を乗じて、行列−（ΓΛ）Ｔ（λ／２・ｖドット＋ΓΛ・Ωチルダドット）を求める。特殊解算出手段４７は、（ΓΛ）Ｔ  Γｘ＝  −（ΓΛ）Ｔ（λ／２・ｖドット＋ΓΛ・Ωチルダドット）の特殊解を求める。
【０１１５】
また、Ｄ行列生成手段５９は零空間算出手段４８の出力と、特殊解算出手段４７の出力と、ベクトルＳに基いて行列Ｄを生成する。階数算出手段５３は行列Ｄの階数を算出する。第１の根存在確認手段６０は、行列Ｄの要素から成る第１の方程式を検証する。第２の根存在確認手段６１は、行列Ｄの要素から成る第２の方程式を検証する。解数決定手段６２は、行列Ｄの階数と、第１の方程式の検証結果と、第２の方程式の検証結果から、解の数、即ち図５における直線４４と曲線４５の交点の数を決定する。
【０１１６】
次に、実施の形態７に関する動作の原理について説明する。
はじめに、第１の解空間算出手段の動作の原理について述べる。
実施の形態１で述べたように、図５の直線４４は、Ａ＝（ΓΛ）Ｔ（ΓΛ）、x＝Ωチルダ、b＝−λ／２・（ΓΛ）Ｔｖ とおいた場合の、方程式Ａx＝bの解であり、任意の実数αを用いて、x0+αyとして表されるものであった。ここで、x0はＡx＝bの特殊解、yは行列Ａの零空間である。即ち、Ωチルダは次式で表される。ここで、添字の１から３は、それぞれベクトルのＸ,Ｙ,Ｚ方向の要素である。
【０１１７】
【数１４】
0003917003.tif 000015
【０１１８】
ここでαを消去して次式を得る。
【０１１９】
【数１５】
0003917003.tif 000016
【０１２０】
これを、次式のように表記する。
【０１２１】
【数１６】
0003917003.tif 000017
【０１２２】
一方、図５の曲線４５は、Ａ´＝（ΓΛ）ＴΓ、 x＝Ｑ、ｂ´＝（ΓΛ）Ｔ  （−λ／２・ｖドット  −ΓΛΩチルダドット）とおいた場合の方程式 Ａ´x＝b´の解であり、任意の実数αを用いて、x0´+αy´として表されるものであった。ここで、x0´は Ａ´x＝b´の特殊解、y´は行列 Ａ´の零空間である。そこで、Ｑは次式で表される。
【０１２３】
【数１７】
0003917003.tif 000018
【０１２４】
同様にαを消去して次式を得る。
【０１２５】
【数１８】
0003917003.tif 000019
【０１２６】
これを、次式のように表記する。
【０１２７】
【数１９】
0003917003.tif 000020
【０１２８】
ここで、式（２２）の定義式を用いて式（３３）の変数ＱをΩに書き直し、さらに式（２９）を代入してΩ１チルダとΩ２チルダを消去すると、式（３３）はΩ３チルダについて次式のように書ける。
【０１２９】
【数２０】
0003917003.tif 000021
【０１３０】
式（３５）は、直線４４と曲線４５の交点のΩ３チルダ座標を表わしており、２つの２次方程式からなることがわかる。即ち、
【０１３１】
【数２１】
0003917003.tif 000022
【０１３２】
と、おいた場合に、指標ψ１からψ３の値に応じて解の数は次のように場合分けされる。
ここで、ｒａｎｋ［］は行列の階数を求める関数で、＆は論理積、｜は論理和を表す。
［１］  ψ１＞０  ＆  ψ２＞０  ＆  ψ３＝２  の場合：  解は最大２つ
［２］  （（ψ１＞０  ＆  ψ２＝０）｜（ψ１＝０  ＆  ψ２＞０））  ＆  ψ３＝２  の場合：  解は最大１つ
［３］  ψ１＝０  ＆  ψ２＝０  ＆  ψ３＝２  の場合：  解は最大１つ
［４］  （（ψ１＜０  ＆  ψ２＝０）｜（ψ１＝０  ＆  ψ２＜０））  ＆  ψ３＝２  の場合：  解は存在しない
［５］  ψ１＜０  ＆  ψ２＜０  ＆  ψ３＝２  の場合：  解は存在しない
［６］  ψ１＞０  ＆  ψ２＞０  ＆  ψ３＜２  の場合：  解は２つ
［７］  （（ψ１＞０  ＆  ψ２＝０）｜（ψ１＝０  ＆  ψ２＞０））  ＆  ψ３＜２  の場合：  あり得ない
［８］  ψ１＝０  ＆  ψ２＝０  ＆  ψ３＜２  の場合：  解は１つ
［９］  （（ψ１＜０  ＆  ψ２＝０）｜（ψ１＝０  ＆  ψ２＜０））  ＆  ψ３＜２  の場合：  あり得ない
［１０］  ψ１＜０  ＆  ψ２＜０  ＆  ψ３＜２  の場合：  解は存在しない
【０１３３】
即ち、第１の根存在確認手段６０は、式（３６）を計算して指標ψ１を求める。第２の根存在確認手段６１は、式（３７）を計算して指標ψ２を求める。階数算出手段５３は、式（３８）で定義される行列Ｄの階数を計算して指標ψ３を求める。
解数決定手段６２は、ψ１からψ３の値に基いて解の数、即ち図５における直線４４と曲線４５の交点の数を決定する。例えば、［１］と［６］の場合は２、［２］［３］および［８］の場合は１、それ以外の場合は０とすれば良い。
【０１３４】
以上のように、本実施の形態７によれば、実施の形態１の目標の角速度算出手段の交点検出手段が、第１の解空間算出手段と第２の解空間算出手段が出力する解の候補の交わりを探索して目標の角速度として出力するが、観測誤差等の影響を受けて直線や２次曲線に誤差を生じて、交点が存在しない場合もある。
解数算出手段は、予め交点の数を予測して、その結果を交点検出手段へ伝えることにより、交点検出手段が無駄に動作したり、あるいは交点を見落とすことを防いで、安定して目標の角速度を算出することができる。
【０１３５】
【発明の効果】
以上のように請求項1に係わる発明によれば、目標を観測してそのレーダ画像を再生し、上記目標の姿勢ベクトルと上記レーダ画像上の選定された輝点の位置ベクトルと上記輝点のクロスレンジ座標上のベクトルとに基いて目標の角速度の候補を推定する第１の解空間算出手段と、上記目標の姿勢ベクトルと上記レーダ画像上の輝点の位置ベクトルと上記輝点のクロスレンジ方向の移動速度と既知の目標の角加速度とに基いて目標の角速度の候補を推定する第２の解空間算出手段と、上記第１の解空間算出手段と第２の解空間算出手段の両方の解候補の交点検出手段とを有する角速度算出手段を備えたことにより、目標の角速度を特定することができる画像レーダ装置を得ることができる。
【０１３６】
また、請求項２に係わる発明によれば、請求項１と同様に、目標を観測してそのレーダ画像を再生し、上記目標の姿勢ベクトルと上記レーダ画像上の選定された輝点の位置ベクトルと上記輝点のクロスレンジ座標上のベクトルとに基いて目標の角速度の候補を推定する第１の解空間算出手段と、上記目標の姿勢ベクトルと上記レーダ画像上の輝点の位置ベクトルと上記輝点のクロスレンジ方向の移動速度と既知の目標の角加速度とに基いて目標の角速度の候補を推定する第２の解空間算出手段と、上記第１の解空間算出手段と第２の解空間算出手段の両方の解候補の交点検出手段とを有する角速度算出手段を備えたことにより、目標の角速度を特定することができる画像レーダ装置を得ることができる。
【０１３７】
また、請求項３に係わる発明によれば、請求項1記載の画像レーダ装置の角速度算出手段が、第１の解空間算出手段と、第２の解空間算出手段と、それぞれが算出する目標の角速度の解候補の距離が最短となる条件を探索し、近接点を算出する近接点検出手段を備えたことにより、観測誤差等が生じて目標の角速度の解候補が交わらない場合にも、目標の角速度を特定することができる画像レーダ装置を得ることができる。
【０１３８】
また、請求項４に係わる発明によれば、請求項２もしくは請求項３のいずれかに記載の画像レーダ装置の角速度算出手段が、目標の角速度算出手段から輝点選定手段へフィードバックする手段を備え、上記角速度算出手段の出力が観測誤差等が生じて所定の条件を満たさない場合、輝点を選定し直すことにより、不適切な輝点が選定されることを防いで、安定して目標の角速度を特定することができる画像レーダ装置を得ることができる。
【０１３９】
また、請求項５に係わる発明によれば、請求項1記載の画像レーダ装置の角速度算出手段が、上記第１の解空間算出手段と、第２の解空間算出手段と、それぞれが算出する目標の角速度の候補のうち同一のものを選択して出力する交点検出手段と、を備えるとともに、上記解空間算出手段における行列の階数を確認する階数確認手段を備え、上記階数確認結果を上記輝点選定手段へフィードバックすることにより、上記階数確認結果が所定の条件を満たさない場合、輝点の選び直しをして、不適切な輝点が選定されることを防ぎ安定して目標の角速度を特定することができる画像レーダ装置を得ることができる。
【０１４０】
また、請求項６に係わる発明によれば、請求項1記載の画像レーダ装置の角速度算出手段が、上記第１の解空間算出手段と第２の解空間算出手段とそれぞれが算出する目標の角速度の候補のうち同一のものを選択して出力する交点検出手段と、を備えるとともに、統計量算出手段を備え、観測誤差が生じた場合も、フィードバックループを介して様々な輝点を用いて角速度を計算した結果から統計量を求め、目標の角速度として出力することにより、目標の角速度の推定精度を向上するとともに安定して目標の角速度を特定することができる画像レーダ装置を得ることができる。
【０１４１】
また、請求項７に係わる発明によれば、請求項１記載の画像レーダ装置の角速度算出手段が、上記第１の解空間算出手段と第２の解空間算出手段それぞれが算出する目標の角速度の候補うち同一のものを選択して出力する交点検出手段と、を備えるとともに、棄却手段を備え、
予め定めた条件を満足するかどうか検査して、満足しない場合にはこれを棄却することにより、安定して目標の角速度を特定することができる画像レーダ装置を得ることができる。
【０１４２】
また、請求項８に係わる発明によれば、請求項１記載の画像レーダ装置の角速度算出手段が、上記第１の解空間算出手段と、第２の解空間算出手段と、それぞれが算出する目標の角速度の候補うち同一のものを選択して出力する交点検出手段と、を備えるとともに、解数算出手段を備え、予め目標の角速度の解候補の数を予測し、その予測数だけ交点検出手段を動作させることにより、安定して目標の角速度を特定することができる画像レーダ装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の画像レーダ装置の実施の形態１を示す構成図である。
【図２】  図１の角速度算出手段の内部構成図である。
【図３】  図２の第１の解空間算出手段の内部構成図である。
【図４】  図２の第２の解空間算出手段の内部構成図である。
【図５】  図２の角速度算出手段における目標の角速度の解を模式的に説明するための図である。
【図６】  この発明の実施の形態２の第１の解空間算出手段の内部構成図である。
【図７】  この発明の実施の形態３の角速度算出手段の内部構成図である。
【図８】  図７の角速度算出手段の動作を説明するための図である。
【図９】  この発明の実施の形態４の角速度算出手段の内部構成図である。
【図１０】  図９の階数確認手段の内部構成図である。
【図１１】  この発明の実施の形態５の角速度算出手段の内部構成図である。
【図１２】  この発明の実施の形態６の角速度算出手段の内部構成図である。
【図１３】  この発明の実施の形態７の角速度算出手段の内部構成図である。
【図１４】  図１３の解数算出手段の内部構成図である。
【図１５】  従来の画像レーダ装置を示す構成図である。
【図１６】  図１５と図１に共通の速度分布取得手段の動作を説明するための図である。
【図１７】  図１５の姿勢推定手段の内部構成図である。
【図１８】  図１５の角速度推定手段の内部構成図である。
【図１９】  図１５の角加速度推定手段の内部構成図である。
【図２０】  従来及び本発明に共通の画像レーダ装置の観測座標系を説明するための図である。
【図２１】  図２０の観測座標系を説明するための補助的な図である。
【符号の説明】
１  送信機、  ２  受信機、  ３  送受切替器、  ４  送受信アンテナ、  ５  画像再生手段、  ２１  遅延手段、  ２２  画像比較手段、  ２３  形状データベース、  ２４  輝点選定手段、  ２５  姿勢推定手段、  ３１  行列乗算手段、  ３６  行列加算手段、  ４０  角速度算出手段、  ４１  解空間算出手段、４２  解空間算出手段、  ４３  交点検出手段、  ４９  近接点検出手段、  ５２  階数確認手段、  ５３，５３ａ，５３ｂ  階数算出手段、  ５４  統計量計算手段、  ５５  棄却手段、  ５６  解数算出手段、  ６２  解数決定手段、７０  速度分布取得手段。
【図１】
0003917003.tif 000023
【図２】
0003917003.tif 000024
【図３】
0003917003.tif 000025
【図４】
0003917003.tif 000026
【図５】
0003917003.tif 000027
【図６】
0003917003.tif 000028
【図７】
0003917003.tif 000029
【図８】
0003917003.tif 000030
【図９】
0003917003.tif 000031
【図１０】
0003917003.tif 000032
【図１１】
0003917003.tif 000033
【図１２】
0003917003.tif 000034
【図１３】
0003917003.tif 000035
【図１４】
0003917003.tif 000036
【図１５】
0003917003.tif 000037
【図１６】
0003917003.tif 000038
【図１７】
0003917003.tif 000039
【図１８】
0003917003.tif 000040
【図１９】
0003917003.tif 000041
【図２０】
0003917003.tif 000042
【図２１】
0003917003.tif 000043