(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
目標に電波を照射し、目標からの反射波を利用して目標の形状情報をＩＳＡＲレーダ画像として得る画像レーダ装置であって、
異なる位置に配置され目標のレーダ画像の収集およびレーダ位置を基準とした目標の存在方向の推定を行う複数のレーダ画像収集装置と、
上記各レーダ画像収集装置の出力画像上の各反射点間の対応を判定する対応点判定回路と、
上記対応点判定回路の出力である対応点の判定結果と各レーダ画像収集装置の出力であるレーダ画像および目標の存在方向とからそれぞれの画像における各反射点のレンジを抽出し、抽出した上記各反射点のレンジを組み合わせて目標の３次元形状を復元する３次元形状復元回路と
を備えたことを特徴とするレーダ装置。
【請求項２】
目標に電波を照射し、目標からの反射波を利用して目標の形状情報をＩＳＡＲレーダ画像として得る画像レーダ装置であって、
異なる位置に配置され目標のレーダ画像の収集およびレーダ位置を基準とした目標の存在方向の推定を行う複数のレーダ画像収集装置と、
上記各レーダ画像収集装置の出力画像上の各反射点間の対応を判定する対応点判定回路と、
上記対応点判定回路の出力である対応点の判定結果と各レーダ画像収集装置の出力であるレーダ画像から得られるそれぞれの画像における各反射点のレンジおよび目標の存在方向とから目標上の反射強度に関する３次元分布を構築する反射強度３次元分布構築回路と
を備えたことを特徴とするレーダ装置。
【請求項３】
目標に電波を照射し、目標からの反射波を利用して目標の形状情報をＩＳＡＲレーダ画像として得る画像レーダ装置であって、
異なる位置に配置され目標のレーダ画像の収集およびレーダ位置を基準とした目標の存在方向の推定を行う複数のレーダ画像収集装置と、
上記各レーダ画像収集装置の出力画像上の各反射点間の対応を、各反射点の振幅値情報をも用いて判定する強度考慮対応点判定回路と、
上記強度考慮対応点判定回路の出力である対応点の判定結果と各レーダ画像収集装置の出力であるレーダ画像から得られるそれぞれの画像における各反射点のレンジおよび目標の存在方向とから目標の３次元形状を復元する３次元形状復元回路と
を備えたことを特徴とするレーダ装置。
【請求項４】
目標に電波を照射し、目標からの反射波を利用して目標の形状情報をＩＳＡＲレーダ画像として得る画像レーダ装置であって、
異なる位置に配置され目標のレーダ画像の収集およびレーダ位置を基準とした目標の存在方向の推定を行う複数のレーダ画像収集装置と、
上記各レーダ画像収集装置の出力画像上の各反射点間を、各反射点毎に、多数の画像のうちいずれか３枚を用いて対応づけるＮ画像対応点判定回路と、
上記Ｎ画像対応点判定回路の出力である対応点の判定結果と各レーダ画像収集装置の出力であるレーダ画像から得られるそれぞれの画像における各反射点のレンジおよび目標の存在方向とから目標の３次元形状を復元する３次元形状復元回路と
を備えたことを特徴とするレーダ装置。
【請求項５】
目標に電波を照射し、目標からの反射波を利用して目標の形状情報をＩＳＡＲレーダ画像として得る画像レーダ装置であって、
異なる位置に配置され目標のレーダ画像の収集およびレーダ位置を基準とした目標の存在方向の推定を行う複数のレーダ画像収集装置と、
上記各レーダ画像収集装置の出力画像上の各反射点間のうち対応のとれる基準点を選定する基準点選定回路、該基準点選定回路で得られた基準点に関してその空間位置を推定する基準位置推定回路、該基準位置推定回路で得られた基準点の空間位置と上記レーダ画像収集装置で得られた各基準点の画像の画像上のレンジおよびドップラー周波数と上記各レーダ画像収集装置の位置を基準とした目標の方向とから目標の回転角速度ベクトルを推定する回転角速度ベクトル推定回路、および回転軸の位置を推定する回転軸位置推定回路を有する回転運動推定回路と
を備えたことを特徴とするレーダ装置。
【請求項６】
上記回転運動推定回路の出力である回転運動の推定結果を各時刻で蓄積する回転運動履歴蓄積回路を
さらに備えたことを特徴とする請求項５に記載のレーダ装置。
【請求項７】
上記回転運動推定回路の推定結果を基に各レーダ画像収集装置ごとのクロスレンジ軸と長さと周波数のスケーリングを推定する投影面決定回路と、
上記投影面決定回路の推定結果を基に、レンジおよびレンジに直交するクロスレンジを長さで表現したレーダ画像を各レーダ画像収集装置ごとに得られたレーダ画像に関して生成するレンジ・クロスレンジ画像生成回路とを
さらに備えたことを特徴とする請求項５に記載のレーダ装置。
【請求項８】
上記各レンジクロスレンジ画像生成回路上の各反射点ごとに、各反射点の存在範囲をそのレンジクロスレンジ画像上の反射点を通り、その平面に直交する直線上に限定し、各レンジクロスレンジ画像毎に現れる各軸が交わるか否かを判定する直線交差判定回路と、
上記直線交差判定回路で得られた交差情報を基に、各面上の点に関する軸が全面で１点で交わるものを探索し、これに基づいて対応点を決定する交差情報考慮型対応点判定回路と、
上記交差情報考慮型対応点判定回路の情報を基に目標の３次元形状を構築する３次元形状構築回路とを
さらに備えたことを特徴とする請求項７に記載のレーダ装置。
【請求項９】
上記各レンジクロスレンジ画像生成回路上の各反射点ごとに、各反射点の存在範囲をそのレンジクロスレンジ画像上の反射点を通り、その平面に直交する直線上に限定し、各レンジクロスレンジ画像ごとに現れる各軸が交わる否かを判定する直線交差判定回路と、
交差していると判定された点の組に関して交点の３次元座標を決定する交点探索回路と、
さらに別のレンジクロスレンジ画像に関して、各反射点ごとに軸を決定し、その軸が上記交点を通過するかどうかを調べ、通過した場合にはその点、および上記交点に関する各画像上の点の組を対応している、そうでなければ対応していないと判定する交点通過型対応点判定回路と、
上記交点通過型対応点判定回路の情報を基に目標の３次元形状を構築する３次元形状構築回路とを
さらに備えたことを特徴とする請求項７に記載のレーダ装置。
【請求項１０】
候補目標の形状データを蓄積する目標形状データ蓄積手段と、
上記３次元形状復元回路で復元された観測目標の３次元形状と上記目標形状データ蓄積手段に蓄積された候補目標の形状データを照合して、類似している候補目標を出力する３次元形状照合回路とを
さらに備えたことを特徴とする請求項３または４に記載のレーダ装置。
【請求項１１】
候補目標の形状データを蓄積する目標形状データ蓄積手段と、
目標形状データに蓄積された各候補目標の３次元形状データに電磁界理論を適用して、その反射強度の３次元分布を算出するＲＣＳ算出手段と、
上記反射強度３次元分布構築回路で構築された観測目標の反射強度の３次元分布と上記ＲＣＳ算出手段で得られた各候補目標の反射強度の３次元分布を照合して類似する候補目標を選択する反射強度３次元分布照合回路とを
さらに備えたことを特徴とする請求項２に記載のレーダ装置。
【請求項１２】
目標に電波を照射し、目標からの反射波を利用して目標の形状情報をＩＳＡＲレーダ画像として得る画像レーダ装置であって、
異なる位置に配置して、目標に対して電波の送受信を行い、目標のレーダ画像の収集、およびレーダ位置を基準とした目標の存在方向の推定を行うレーダ画像収集装置と、
所定のレーダ画像収集装置から目標に照射して反射された信号を用いて目標のレーダ画像と該レーダ画像に関するレンジベクトルを得る受信専用レーダ画像収集装置と、
上記レーダ画像収集装置または受信専用レーダ画像収集装置より得られた出力画像上の各反射点間の対応を判定する対応点判定回路と、
上記対応点判定回路の出力である対応点の判定結果と上記各レーダ画像収集装置または上記受信専用レーダ画像収集装置の出力であるレーダ画像および目標の存在方向から目標の３次元形状を復元する３次元形状復元回路と
を備えたことを特徴とするレーダ装置。
【請求項１３】
各候補目標ごとの回転運動情報を蓄積する回転運動蓄積手段と、
上記回転運動履歴蓄積回路に蓄積された各時刻ごとの観測目標の回転運動の履歴と上記回転運動蓄積手段に蓄積した各候補目標ごとの回転運動情報を照合して、回転運動が類似する候補目標を出力する回転運動照合回路とを
さらに備えたことを特徴とする請求項６に記載のレーダ装置。
【請求項１４】
上記レーダ画像収集装置は、
目標に照射する高周波パルスを生成する送信機と、
上記送信機で生成された高周波パルスを送受信する送受信アンテナと、
目標により反射、散乱された高周波パルスの一部を上記送受信アンテナを介して受信・検波する受信機と、
上記受信機で得られた受信信号を元に観測対象のレーダ画像を生成するレーダ画像再生手段と、
上記受信信号の到来方向からレーダ画像収集装置の位置を基準とした目標の存在方向を単位ベクトルで得るレンジベクトル算出手段と
を有することを特徴とする請求項１から１３のいずれかに記載のレーダ装置。
【請求項１５】
上記レーダ画像収集装置は、
目標により反射、散乱された高周波パルスの一部を送受信アンテナを介して受信・検波する受信機と、
上記受信機で得られた受信信号を元に観測対象のレーダ画像を生成するレーダ画像再生手段と、
受信信号の到来方向および、その受信信号を得るための送信を行ったレーダ画像収集装置の照射方向から、レンジ方向の単位ベクトルを推定するバイスタレンジベクトル算出手段と
を有することを特徴とする請求項１から１３のいずれかに記載のレーダ装置。
【請求項１６】
目標に照射する高周波パルスを生成する送信機、該送信機で生成された高周波パルスを送受信する送受信アンテナ、目標により反射、散乱された高周波パルスの一部を該送受信アンテナを介して受信・検波する受信機、該受信機で得られた受信信号を基に観測対象のレーダ画像をＩＳＡＲレーダ画像として生成するレーダ画像再生手段、受信信号の到来方向から目標の存在方向を単位ベクトルで得るレンジベクトル算出手段、レーダと目標の相対運動により刻一刻と変化する上記レーダ画像再生手段の出力であるレーダ画像を蓄積するレーダ画像履歴蓄積手段、およびレーダと目標の相対運動により刻一刻と変化する上記レンジベクトル算出手段の出力であるレンジベクトルの算出結果を蓄積するレンジベクトル履歴蓄積手段を有する移動レーダ画像収集装置と、
上記移動レーダ画像収集装置の出力である各時刻におけるレーダ画像から対応点を決定する対応点判定回路と、
上記対応点判定回路の対応点判定結果と上記移動レーダ画像収集装置の出力であるレンジベクトルの履歴およびレーダ画像の履歴から目標の３次元形状を復元する３次元形状復元回路と
を備えたことを特徴とするレーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、レーダ画像を用いて目標の認識・識別をする画像レーダ装置に関し、特に識別性能を向上す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２３は例えば特開平６−１７４８３８号公報に示された従来のレーダ装置の構成を示す図である。図において、５０１は送信機、５０２は送受切換器、５０３は送受信アンテナ、５０４は受信機、５０５はレーダ画像再生手段、５０６はレーダ画像表示手段、５０７は目標追尾手段、５０８は点像応答推定手段、５０９は目標アスペクト角推定手段、５１０はＲＣＳ算出手段、５１１は畳み込み積分手段、５１２は目標形状データ蓄積手段、５１３はオペレータを示す。
【０００３】
図２４は観測時の目標とレーダとの位置関係および目標の運動を示す図である。図において、５２１は目標、５２２はレーダ装置を示す。
図２５は、図２３で示したレーダ画像再生手段５０５の内部を詳細に示したものである。図において、５３１はレンジ圧縮手段、５３２は動き補償手段、５３３はクロスレンジ圧縮手段、５３４は２次元記憶手段を示す。
図２６は、図２３で示したレーダ画像表示手段５０６の内部を詳細に示したものである。図において、５４１は２次元表示バッファ、５４２はモニタＴＶを示す。
【０００４】
次に図面に従って動作について説明する。送信機５０１で発生した高周波信号は、送受切換器５０２を経て送受信アンテナ５０３から目標５２１に向け放射される。目標５２１に照射された高周波信号の一部がレーダ装置５２２の方向に反射し送受信アンテナ５０３で受信され、送受切換器５０２を経て受信機５０４で増幅・検波された後、レーダ画像再生手段５０５によって目標５２１のＲＣＳ（ Radar Cross Section ）分布を示すレーダ画像に変換され、レーダ画像表示手段５０６により表示される。
【０００５】
以下に、画像再生の方法について詳しく説明する。
受信機５０４から出力された受信信号は、レーダ画像再生手段５０５へ入力され、まず、レンジ圧縮手段５３１でレンジ分解能を向上させる処理即ちパルス圧縮が行なわれる。レンジ圧縮後の受信信号は二次元記憶手段５３４にレンジビン番号ｍおよびパルスヒット番号ｎに応じて格納される。目標５２１の動きから画像再生に有害なランダム成分を除去するために、受信信号は二次元記憶手段５３４から読み出され、目標５２１の中心点のドップラ周波数が０となるように、動き補償手段５３２により位相補償およびレンジビンの並べ換えが行なわれ、再び二次元記憶手段５３４に格納される。
【０００６】
今、図２４に示すように目標５２１がヨー運動による回転あるいは直進運動をしているものと仮定すると、同一レンジビン内に存在する目標上の相異なる点がそれぞれ異なるドップラ周波数の反射波を発生する。これを利用して、クロスレンジ圧縮手段５３３では、上記位相補償後の受信信号をレンジビン毎にＦＦＴ（Fast Fourier Transform ）することにより、クロスレンジ分解能の向上を図る。レンジおよびクロスレンジの両方向について高分解能化され、目標の各点のＲＣＳ分布を表すレーダ画像はレーダ画像表示手段５０６へ送られ、二次元表示バッファ５４１に一旦格納された後、モニタＴＶ５４２に画像として表示される。このように目標の運動により生じるドップラー効果を利用してその形状を得るレーダ装置はＩＳＡＲ（Inverse Synthetic Aperture Radar）として知られている。
【０００７】
受信機５０４で得られる受信信号は目標追尾手段５０７にも供給され、目標の進行方向、位置、速度、加速度等の運動特性が目標追尾手段５０７により推定される。この結果とレーダ装置の諸元からレーダ装置のインパルスレスポンスに相当する点像応答関数が点像応答推定手段５０８によって算出される。また同時に、目標アスペクト角推定手段５０９において、目標５２１およびレーダ装置５２２の位置および目標５２１の進行方向から目標のアスペクト角が推定される。目標形状データ蓄積手段５１２では、目標毎の３次元形状データが格納されてある。ＲＣＳ算出手段５１０では、目標形状データ蓄積手段５１２に格納された３次元形状データを順次読みだし、推定した目標のアスペクト角に基づいて目標のＲＣＳ分布を算出する。ＲＣＳ分布の計算には、例えばＧＴＤ（Geometrical Theory of Diffraction）やＰＴＤ（Physical Theory of Diffraction）など良く知られた手法が利用できる。このとき、目標の形状データの分解能はレーダ装置の分解能とは必ずしも一致しないので、これを整合させるため、畳み込み積分手段５１１において、ＲＣＳ分布と点像応答関数との畳み込み積分を行ない、認識・識別用の辞書画像を生成する。
このようにして生成した辞書画像を再生したレーダ画像と共にレーダ画像表示手段５０６で表示するので、これをオペレータ５１３が同時に見ることができ、たとえレーダ画像が日常見慣れた可視光による目標の画像と異なっていても、容易に認識・識別することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来のレーダ装置では、目標の３次元形状を得ることができないので、識別性能が低いという問題があった。
また、従来のレーダ装置では、目標の３次元のＲＣＳ分布を得ることができないので、識別性能が低いという問題があった。
また、従来のレーダ装置では、目標の回転運動のような目標特有の特徴量を推定できないので識別性能が低いという問題があった。
また、従来のレーダ装置では、長さを２軸とする二次元画像を生成できないという問題があった。
【０００９】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、識別性能を向上させることができ、また長さを２軸とする二次元画像を生成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。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るレーダ装置においては、目標に電波を照射し、目標からの反射波を利用して目標の形状情報をＩＳＡＲレーダ画像として得る画像レーダ装置であって、異なる位置に配置され目標のレーダ画像の収集およびレーダ位置を基準とした目標の存在方向の推定を行う複数のレーダ画像収集装置と、各レーダ画像収集装置の出力画像上の各反射点間の対応を判定する対応点判定回路と、対応点判定回路の出力である対応点の判定結果と各レーダ画像収集装置の出力であるレーダ画像および目標の存在方向とからそれぞれの画像における各反射点のレンジを抽出し、抽出した上記各反射点のレンジを組み合わせて目標の３次元形状を復元する３次元形状復元回路とを備えている。
【００１１】
また、この発明に係るレーダ装置においては、目標に電波を照射し、目標からの反射波を利用して目標の形状情報をＩＳＡＲレーダ画像として得る画像レーダ装置であって、異なる位置に配置され目標のレーダ画像の収集およびレーダ位置を基準とした目標の存在方向の推定を行う複数のレーダ画像収集装置と、各レーダ画像収集装置の出力画像上の各反射点間の対応を判定する対応点判定回路と、対応点判定回路の出力である対応点の判定結果と各レーダ画像収集装置の出力であるレーダ画像から得られるそれぞれの画像における各反射点のレンジおよび目標の存在方向とから目標上の反射強度に関する３次元分布を構築する反射強度３次元分布構築回路とを備えている。
【００１２】
また、この発明に係るレーダ装置においては、目標に電波を照射し、目標からの反射波を利用して目標の形状情報をＩＳＡＲレーダ画像として得る画像レーダ装置であって、異なる位置に配置され目標のレーダ画像の収集およびレーダ位置を基準とした目標の存在方向の推定を行う複数のレーダ画像収集装置と、各レーダ画像収集装置の出力画像上の各反射点間の対応を、各反射点の振幅値情報をも用いて判定する強度考慮対応点判定回路と、強度考慮対応点判定回路の出力である対応点の判定結果と各レーダ画像収集装置の出力であるレーダ画像から得られるそれぞれの画像における各反射点のレンジおよび目標の存在方向とから目標の３次元形状を復元する３次元形状復元回路とを備えている。
【００１３】
また、この発明に係るレーダ装置においては、目標に電波を照射し、目標からの反射波を利用して目標の形状情報をＩＳＡＲレーダ画像として得る画像レーダ装置であって、異なる位置に配置され目標のレーダ画像の収集およびレーダ位置を基準とした目標の存在方向の推定を行う複数のレーダ画像収集装置と、各レーダ画像収集装置の出力画像上の各反射点間を、各反射点毎に、多数の画像のうちいずれか３枚を用いて対応づけるＮ画像対応点判定回路と、Ｎ画像対応点判定回路の出力である対応点の判定結果と各レーダ画像収集装置の出力であるレーダ画像から得られるそれぞれの画像における各反射点のレンジおよび目標の存在方向とから目標の３次元形状を復元する３次元形状復元回路とを備えている。
【００１４】
また、この発明に係るレーダ装置においては、目標に電波を照射し、目標からの反射波を利用して目標の形状情報をＩＳＡＲレーダ画像として得る画像レーダ装置であって、異なる位置に配置され目標のレーダ画像の収集およびレーダ位置を基準とした目標の存在方向の推定を行う複数のレーダ画像収集装置と、各レーダ画像収集装置の出力画像上の各反射点間のうち対応のとれる基準点を選定する基準点選定回路、基準点選定回路で得られた基準点に関してその空間位置を推定する基準位置推定回路、基準位置推定回路で得られた基準点の空間位置とレーダ画像収集装置で得られた各基準点の画像の画像上のレンジおよびドップラー周波数と各レーダ画像収集装置の位置を基準とした目標の方向とから目標の回転角速度ベクトルを推定する回転角速度ベクトル推定回路、および回転軸の位置を推定する回転軸位置推定回路を有する回転運動推定回路とを備えている。
【００１５】
また、回転運動推定回路の出力である回転運動の推定結果を各時刻で蓄積する回転運動履歴蓄積回路をさらに備えている。
【００１６】
また、回転運動推定回路の推定結果を基に各レーダ画像収集装置ごとのクロスレンジ軸と長さと周波数のスケーリングを推定する投影面決定回路と、投影面決定回路の推定結果を基に、レンジおよびレンジに直交するクロスレンジを長さで表現したレーダ画像を各レーダ画像収集装置ごとに得られたレーダ画像に関して生成するレンジ・クロスレンジ画像生成回路とをさらに備えている。
【００１７】
また、各レンジクロスレンジ画像生成回路上の各反射点ごとに、各反射点の存在範囲をそのレンジクロスレンジ画像上の反射点を通り、その平面に直交する直線上に限定し、各レンジクロスレンジ画像毎に現れる各軸が交わるか否かを判定する直線交差判定回路と、直線交差判定回路で得られた交差情報を基に、各面上の点に関する軸が全面で１点で交わるものを探索し、これに基づいて対応点を決定する交差情報考慮型対応点判定回路と、交差情報考慮型対応点判定回路の情報を基に目標の３次元形状を構築する３次元形状構築回路とをさらに備えている。
【００１８】
また、各レンジクロスレンジ画像生成回路上の各反射点ごとに、各反射点の存在範囲をそのレンジクロスレンジ画像上の反射点を通り、その平面に直交する直線上に限定し、各レンジクロスレンジ画像ごとに現れる各軸が交わる否かを判定する直線交差判定回路と、交差していると判定された点の組に関して交点の３次元座標を決定する交点探索回路と、さらに別のレンジクロスレンジ画像に関して、各反射点ごとに軸を決定し、その軸が交点を通過するかどうかを調べ、通過した場合にはその点、および交点に関する各画像上の点の組を対応している、そうでなければ対応していないと判定する交点通過型対応点判定回路と、交点通過型対応点判定回路の情報を基に目標の３次元形状を構築する３次元形状構築回路とをさらに備えている。
【００１９】
また、候補目標の形状データを蓄積する目標形状データ蓄積手段と、３次元形状復元回路で復元された観測目標の３次元形状と目標形状データ蓄積手段に蓄積された候補目標の形状データを照合して、類似している候補目標を出力する３次元形状照合回路とをさらに備えている。
【００２０】
また、候補目標の形状データを蓄積する目標形状データ蓄積手段と、目標形状データに蓄積された各候補目標の３次元形状データに電磁界理論を適用して、その反射強度の３次元分布を算出するＲＣＳ算出手段と、反射強度３次元分布構築回路で構築された観測目標の反射強度の３次元分布とＲＣＳ算出手段で得られた各候補目標の反射強度の３次元分布を照合して類似する候補目標を選択する反射強度３次元分布照合回路とをさらに備えている。
【００２１】
また、この発明に係るレーダ装置においては、目標に電波を照射し、目標からの反射波を利用して目標の形状情報をＩＳＡＲレーダ画像として得る画像レーダ装置であって、異なる位置に配置して、目標に対して電波の送受信を行い、目標のレーダ画像の収集、およびレーダ位置を基準とした目標の存在方向の推定を行うレーダ画像収集装置と、所定のレーダ画像収集装置から目標に照射して反射された信号を用いて目標のレーダ画像とレーダ画像に関するレンジベクトルを得る受信専用レーダ画像収集装置と、レーダ画像収集装置または受信専用レーダ画像収集装置より得られた出力画像上の各反射点間の対応を判定する対応点判定回路と、対応点判定回路の出力である対応点の判定結果と各レーダ画像収集装置または受信専用レーダ画像収集装置の出力であるレーダ画像および目標の存在方向から目標の３次元形状を復元する３次元形状復元回路とを備えている。
【００２２】
また、各候補目標ごとの回転運動情報を蓄積する回転運動蓄積手段と、回転運動履歴蓄積回路に蓄積された各時刻ごとの観測目標の回転運動の履歴と回転運動蓄積手段に蓄積した各候補目標ごとの回転運動情報を照合して、回転運動が類似する候補目標を出力する回転運動照合回路とをさらに備えている。
【００２３】
また、レーダ画像収集装置は、目標に照射する高周波パルスを生成する送信機と、送信機で生成された高周波パルスを送受信する送受信アンテナと、目標により反射、散乱された高周波パルスの一部を送受信アンテナを介して受信・検波する受信機と、受信機で得られた受信信号を元に観測対象のレーダ画像を生成するレーダ画像再生手段と、受信信号の到来方向からレーダ画像収集装置の位置を基準とした目標の存在方向を単位ベクトルで得るレンジベクトル算出手段とを有する。
【００２４】
また、レーダ画像収集装置は、目標により反射、散乱された高周波パルスの一部を送受信アンテナを介して受信・検波する受信機と、受信機で得られた受信信号を元に観測対象のレーダ画像を生成するレーダ画像再生手段と、受信信号の到来方向および、その受信信号を得るための送信を行ったレーダ画像収集装置の照射方向から、レンジ方向の単位ベクトルを推定するバイスタレンジベクトル算出手段とを有する。
【００２５】
また、この発明に係るレーダ装置においては、目標に照射する高周波パルスを生成する送信機、送信機で生成された高周波パルスを送受信する送受信アンテナ、目標により反射、散乱された高周波パルスの一部を送受信アンテナを介して受信・検波する受信機、受信機で得られた受信信号を基に観測対象のレーダ画像をＩＳＡＲレーダ画像として生成するレーダ画像再生手段、受信信号の到来方向から目標の存在方向を単位ベクトルで得るレンジベクトル算出手段、レーダと目標の相対運動により刻一刻と変化するレーダ画像再生手段の出力であるレーダ画像を蓄積するレーダ画像履歴蓄積手段、およびレーダと目標の相対運動により刻一刻と変化するレンジベクトル算出手段の出力であるレンジベクトルの算出結果を蓄積するレンジベクトル履歴蓄積手段を有する移動レーダ画像収集装置と、移動レーダ画像収集装置の出力である各時刻におけるレーダ画像から対応点を決定する対応点判定回路と、対応点判定回路の対応点判定結果と移動レーダ画像収集装置の出力であるレンジベクトルの履歴およびレーダ画像の履歴から目標の３次元形状を復元する３次元形状復元回路とを備えている。
【００２６】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本発明の画像レーダ装置の実施の形態１を示すの処理ブロック図である。図において、１１はレーダ画像収集装置、１２は対応点判定回路、１３は３次元形状復元回路である。
【００２７】
図２は図１のレーダ画像収集装置１１を詳細に示す処理ブロック図である。図において、５０１は送信機、５０２は送受切換器、５０３は送受信アンテナ、５０４は受信機、５０５はレーダ画像再生手段、１４はレンジベクトル算出手段である。
【００２８】
図３は本実施の形態の処理を説明するためのジオメトリである。
図４は各レーダ画像収集装置で得られるＩＳＡＲ画像の例である。
【００２９】
次に、図１〜４を用いて本実施の形態の処理内容を説明する。
まず、レーダ画像収集装置１１の処理内容について説明する。レーダ画像収集装置１１において、送信機５０１で発生した高周波信号を、送受切換器５０２を経て送受信アンテナ５０３から目標に向け放射し、目標に照射された高周波信号の一部がレーダ画像収集装置１１の方向に反射し、これを送受信アンテナ５０３で受信し、送受切換器５０２を経て受信機５０４で増幅・検波した後、レーダ画像再生手段５０５によって目標のＲＣＳを示すレーダ画像に変換する処理は従来と同様である。
【００３０】
又、レンジベクトル算出手段１４では、反射波の到来方向をもとに、レーダ画像収集装置１１から見た目標方向の単位ベクトルを得る。この単位ベクトルを以下ではレンジベクトルと呼ぶ。
【００３１】
本実施の形態では、図３に示すように、レーダ画像収集装置１１を異なる位置に３台配置する。これらを便宜的にｒａｄａｒ＃１，ｒａｄａｒ＃２，ｒａｄａｒ＃３と呼ぶことにする。各ｒａｄａｒ＃ｎ（ｎ＝１，２，３）で得られたＩＳＡＲ画像をｉｍａｇｅ＃ｎ（ｎ＝１，２，３）、レンジベクトルをｓｓｎ（ｎ＝１，２，３）と表す。各ｉｍａｇｅ＃ｎにおいては、図４に表すように観測した目標の像が得られる。ここで観測方向の違いにより、同一目標に関して異なる向きの画像が得られていることに注意する。
【００３２】
対応点判定回路１２では、各ｉｍａｇｅ上の各反射点同志を比較して、各ｉｍａｇｅ間の対応づけを行う。例えば、図４の例では、機首、翼の先端、垂直尾翼先端等々がそれぞれの画像間で対応づけられたものとする。
【００３３】
ここで対応がとれた反射点数をＪ＋１とする。このうちの１点を基準点とし（図４の例では機首Ｐ０）、ｉｍａｇｅ＃ｎにおける、この点と各反射点Ｐｊ（ｊ＝１，２，…，Ｊ）のレンジの差をｓｎｊ（ｎ＝１，２，３；ｊ＝１，２，…，ｊ）とする。
【００３４】
点Ｐ０を基準とした各反射点Ｐｊの位置ベクトルをｒｒｊとすると、式（１）が成立する。
【００３５】
【数１】
0003866048.tif 000002
【００３６】
ただし、Ｔはベクトルの転置演算を表す。
これを各点Ｐｊごとにまとめると次式が得られる。
【００３７】
【数２】
0003866048.tif 000003
【００３８】
ただし、ｓｓｎｘ，ｓｓｎｙ，ｓｓｎｚ（ｎ＝１，２，３）はベクトルｓｓｎの第一要素、第二要素、第三要素を表す。式（２）を変形すると次式が得られる。
【００３９】
【数３】
0003866048.tif 000004
【００４０】
３次元形状復元回路１３では、式（３）に基づき点Ｐｊの３次元の位置ベクトルを算出し、その位置に点を配置する。
各点ごとに同じ処理を行うことで、観測目標に関して、その３次元形状を点の分布として得ることができる。
【００４１】
このような構成の画像レーダ装置においては、目標の３次元形状を知ることができるので識別性能が向上する。
【００４２】
実施の形態２．
図５は本発明の画像レーダ装置の実施の形態２を示すの処理ブロック図である。図において、２１は反射強度３次元分布構築回路である。
【００４３】
次に、図５を用いて、本実施の形態の処理内容を説明する。
本実施の形態では実施の形態１における３次元形状復元回路１３の出力である各反射点の位置に対して各レーダ画像収集装置１１で得られたＩＳＡＲ画像より反射強度を与える。
【００４４】
すなわち、反射強度３次元分布構築回路２１では、各レーダ画像収集装置１１で得られたＩＳＡＲ画像ｉｍａｇｅ＃１，ｉｍａｇｅ＃２，ｉｍａｇｅ＃３ごとに、それぞれ３次元形状復元回路１３で得られた各反射点の３次元座標に反射点Ｐｊの反射強度を割り当てる。こうして得られた３次元の反射強度分布は、目標を各レーダ画像収集装置１１方向から観測した場合の目標上の反射強度分布に対応する。
【００４５】
このような構成の画像レーダ装置においては、目標の３次元形状を知ることができるので識別性能が向上する。
また、目標の３次元反射強度分布を知ることができるので識別性能が向上する。
【００４６】
実施の形態３．
図６は本発明の画像レーダ装置の実施の形態３を示すの処理ブロック図である。図において、３１は強度考慮対応点判定回路である。
【００４７】
次に、図６を用いて本実施の形態の処理内容を説明する。
本実施の形態では、レーダ画像収集装置１１で得られた反射強度分布まで用いて各ｉｍａｇｅ＃ｎ間の反射点の対応づけを行う。
【００４８】
強度考慮対応点判定回路３１では、各画像における反射点の強度の情報を踏まえて、反射点の対応づけを行う。これは、例えば、レーダ画像収集装置１１からみた目標の方向が類似する場合には、同じ反射点の反射強度は近い値をとることを利用している。
【００４９】
このような構成の画像レーダ装置においては、目標の３次元形状を知ることができるので識別性能が向上する。
また、目標の３次元反射強度分布を知ることができるので識別性能が向上する。
さらには、反射強度を利用して３次元形状を構築するので、３次元形状の構築精度が向上する。
【００５０】
実施の形態４．
図７は本発明の画像レーダ装置の実施の形態４を示すの処理ブロック図である。図において、４１はＮ画像対応点判定回路である。図８は本実施の形態の処理を説明するための図である。
【００５１】
次に図７、図８を用いて本実施の形態の処理内容を説明する。
実施の形態１では、異なる位置に配置された３台のレーダ画像収集装置１１で得られたＩＳＡＲ画像ｉｍａｇｅ＃１，ｉｍａｇｅ＃２，ｉｍａｇｅ＃３を用いて観測目標の３次元形状を復元した。
【００５２】
しかし、これを行う場合には反射点が上記３枚の画像で対応がとれている必要がある。しかし、反射点の位置、反射特性等によってはいずれかの画像で検出されない可能性がある。そこで３台以上のＮ台のレーダ画像収集装置１１を用意し、ＩＳＡＲ画像ｉｍａｇｅ＃１〜ｉｍａｇｅ＃Ｎを得る。
【００５３】
Ｎ画像対応点判定回路４１では、これらＮ枚の画像から各反射点ごとに反射点を確認できる３枚の画像を各反射点ごとに選びだす。これに対して３次元形状復元回路１３では、実施の形態１同様式（３）を適用して３次元の位置ベクトルを得る。
【００５４】
このような構成の画像レーダ装置においては、目標の３次元形状を知ることができるので識別性能が向上する。
また、多数の枚数の画像を用いて３次元形状を構築するので例えば、３枚の画像では、反射点がある画像で見えないとき、３台のレーダ画像収集装置ではそのレンジベクトルが一次独立ではない場合にも対応できる。
【００５５】
実施の形態５．
図９は本発明の画像レーダ装置の実施の形態５を示すの処理ブロック図である。図において、５１は基準点選定回路、５２は基準位置推定回路、５３は回転角速度ベクトル推定回路、５４は回転軸位置推定回路、５５は回転運動推定回路を表す。図１０は本実施の形態の処理内容を説明するための図である。
【００５６】
次に図９、図１０を用いて本実施の形態の処理内容を説明する。
３台のレーダ画像収集装置１１でレーダ画像ｉｍａｇｅ＃１，ｉｍａｇｅ＃２，ｉｍａｇｅ＃３を得る。
基準点選定回路５１では、目標上の４点Ｐ０〜Ｐ３を選び出す。
【００５７】
基準位置推定回路５２では、各ｉｍａｇｅ＃ｎ上での反射点Ｐ０を基準とした各反射点Ｐｍの距離ｓｎｍ（ｎ＝１，２，３；ｍ＝１，２，３）を得る。さらに、各レーダ画像収集装置１１のレンジベクトルｓｓｎを用いて式（３）でＰ０を基準とした３次元位置ベクトルを得る。
【００５８】
回転角速度ベクトル推定回路５３では、ｉｍａｇｅ＃ｎにおいてＰ０を基準とした各反射点Ｐｍのドップラー周波数ｆｎｍを得て次式でＰ０を基準とした各反射点Ｐｍの相対速度ｖｎｍを得る。
【００５９】
【数４】
0003866048.tif 000005
【００６０】
ただし、λは送信波長である。ｖｎｍとｓｓｎ、ｒｒｍ、回転角速度ベクトルＬＬの間には次式の関係がある。
【００６１】
【数５】
0003866048.tif 000006
【００６２】
ただし、ＡＡ、ＢＢをベクトルとすると（ＡＡ・ＢＢ）はＡＡとＢＢの内積演算、（ＡＡ×ＢＢ）はＡＡとＢＢの外積演算を表す。
さてここで、ｎ，ｍを変化させた場合のベクトルｒｒｍ×ｓｓｎは９種類になる。これらのうちから、一次独立な３種類のベクトルを選びだし、これをｇｇｋ（ｋ＝１，２，３）とし、そのベクトルに対応する相対速度をｖｋとすると、次式が成立する。
【００６３】
【数６】
0003866048.tif 000007
【００６４】
ただし、ｇｇｋｘ，ｇｇｋｙ，ｇｇｋｚ（ｋ＝１，２，３）はベクトルｇｇｋの第一、第二、第三要素である。よってＬＬは、次式で与えられる。
【００６５】
【数７】
0003866048.tif 000008
【００６６】
すなわち、目標の回転運動を表す角速度ベクトルが定まった。
【００６７】
このような構成の画像レーダ装置においては、目標の回転運動を表す角速度ベクトルを得ることができるのでこの値を用いた識別が行えるようになる。
【００６８】
なお、本実施の形態においてレーダ画像収集装置の台数を３としたが、３台以上としても成立するのは言うまでもない。
【００６９】
実施の形態６．
図１１は本発明の画像レーダ装置の実施の形態６を示すの処理ブロック図である。図において、６１は回転運動履歴蓄積回路である。
【００７０】
次に図１１を用いて本実施の形態の処理内容を説明する。
レーダ画像収集装置１１で得られた３枚のＩＳＡＲ画像を用いて回転運動推定回路５５で回転角速度ベクトルＬＬを推定する処理は実施の形態５と同様である。本実施の形態では、この回転角速度ベクトルを回転運動履歴蓄積回路６１に蓄積する。
【００７１】
このような構成の画像レーダ装置においては、目標の回転運動を表す角速度ベクトルの時間変化を得ることができるので、例えば、Ｐｉｔｃｈ運動の周期のような運動情報を得ることができる。
【００７２】
実施の形態７．
図１２は本発明の画像レーダ装置の実施の形態７を示すの処理ブロック図である。図において、７１は投影面決定回路、７２はレンジ・クロスレンジ画像生成回路である。
【００７３】
次に図１２を用いて本実施の形態の処理内容を説明する。
本実施の形態では実施の形態５の回転運動推定回路５５で得られた角速度ベクトルＬＬを用いて、まず投影面決定回路７１で、各レーダ画像収集装置１１ごとの目標形状の投影面を決定する。目標上の反射点ＰｍのＰ０を基準とした位置ベクトルをｒｒｍとし、そのＩＳＡＲ画像上でのＰ０を基準としたレンジ、ドップラー周波数をｓｎｍ，ｆｎｍとすると、これらの変数の間には次式が成立する。
【００７４】
【数８】
0003866048.tif 000009
【００７５】
【数９】
0003866048.tif 000010
【００７６】
ここで、次式を満足するベクトルｃｃｎを導入する。
【００７７】
【数１０】
0003866048.tif 000011
【００７８】
このｃｃｎはベクトルｓｓｎ×ＬＬと同じ方向の単位ベクトルであり、以下ではクロスレンジベクトルと呼ぶ。
式（８）（１０）より、空間中でｓｓｎとｃｃｎで定義された平面が、目標形状を投影する投影面である。なお式（９）（１０）の関係より次式が成立する。
【００７９】
【数１１】
0003866048.tif 000012
【００８０】
ここで、右辺が反射点Ｐｍの位置ベクトルｒｒｍとｃｃｎの内積であることから左辺はｒｒｍのｃｃｎ方向への射影成分を表している事となる。このことを踏まえて、レンジ・クロスレンジ画像生成回路７２では収集したＩＳＡＲ画像ｉｍａｇｅ＃ｎ（ｎ＝１，２，３）を周波数方向に、−λ／（２｜｜ｓｓｎ×ＬＬ｜｜）倍する。
【００８１】
これにより、ｓｓｎ，ｃｃｎ方向ともに距離軸とするレンジクロスレンジ画像を得る。この時のクロスレンジ方向の長さをｃｎｍとする。
【００８２】
このような構成の画像レーダ装置においては、目標に関して各レーダ画像収集装置ごとにレンジ、およびそれに直交したクロスレンジ方向の長さを軸とした目標画像を得ることができるので、これを用いて目標識別性能を向上させることができる。
【００８３】
実施の形態８．
図１３は本発明の画像レーダ装置の実施の形態８を示すの処理ブロック図である。図において、８１は直線交差判定回路、８２は交差情報考慮型対応点判定回路である。
【００８４】
次に図１３を用いて本実施の形態の処理内容を説明する。
本実施の形態では、レンジ・クロスレンジ画像生成回路７２までの処理で、各レーダ画像収集装置１１ごとの投影面を決定するレンジベクトルｓｓｎ（ｎ＝１，２，３）、クロスレンジベクトルｃｃｎ（ｎ＝１，２，３）および、各ｉｍａｇｅ＃ｎ上の反射点の座標ｓｎｐ，ｃｎｐを用いて、３枚の画像上の反射点の対応づけを行った上で３次元形状を構築する。
【００８５】
直線交差判定回路８１では、まず、各レーダ画像収集装置１１ごとの投影面の法線ベクトルｔｔｎを次式で得る。
【００８６】
【数１２】
0003866048.tif 000013
【００８７】
反射点Ｐを各投影面ｎへ投影した場合の位置ベクトルをｕｕｐｎとすると、ｕｕｐｎは次式で与えられる。
【００８８】
【数１３】
0003866048.tif 000014
【００８９】
反射点Ｐはｕｕｐｎを通りｔｔｎ方向の軸上に存在する。
さて、面ｎａとｎｂで同一の点が観測された場合、上記の軸はある１点で交わる。よって、上記の軸が交わるかどうかを判定して、交わった場合には同一の反射点の組合わせの候補とする。軸が交わるかどうかの判定は、次式で行う。
【００９０】
【数１４】
0003866048.tif 000015
【００９１】
上式のａが０の場合には２本の軸が交わる。それ以外の場合には２本の軸はねじれの位置にある。
【００９２】
直線交差判定回路８１では以上の情報をもとに各面上の反射点を通る軸間の交差を判定する。
【００９３】
交差情報考慮型対応点判定回路８２では、直線交差判定回路８１の情報を元に、上記の軸が同じ１点を通る各面上の点の組合わせを判定する。
３次元形状復元回路１３では交差情報考慮型対応点判定回路８２で得られた組合わせの情報を元に実施の形態１等と同じ方式で３次元形状を復元する。
【００９４】
このような構成の画像レーダ装置においては、目標に関して、軸の交差情報を利用して３次元形状を構築するので、３次元形状構築の精度が向上し、識別性能が向上する。
【００９５】
実施の形態９．
図１４は本発明の画像レーダ装置の実施の形態９を示すの処理ブロック図である。図において、９１は交点探索回路、９２は交点通過型対応点判定回路である。
【００９６】
次に図１４を用いて本実施の形態の処理内容を説明する。
実施の形態８と同様の処理で、ｉｍａｇｅ＃１〜ｉｍａｇｅ＃３のうちの２枚ｉｍａｇｅ＃ｎａ，ｉｍａｇｅ＃ｎｂの画像上の反射点が交差するかどうかを判定する。
【００９７】
交差していると判定されたｉｍａｇｅ＃ｎａ，ｉｍａｇｅ＃ｎｂ上の反射点の画像上での位置ベクトルをｒｒｎａｐ、ｒｒｎｂｐとすると交点の位置ベクトルｒｒｒは次式で与えられる。
【００９８】
【数１５】
0003866048.tif 000016
【００９９】
ここで、α，βは未知数である。さて、ｔｔｎａ，ｔｔｎｂはいずれも３次元ベクトルであるが、このうちの２要素（たとえば第一要素と第二要素）を適当に選ぶ事で２次元ベクトルを生成できる。ｔｔｎａ，ｔｔｎｂで同じ２要素を選んで２次元ベクトルを生成する。これを（ｔｘａ，ｔｙａ），（ｔｘｂ，ｔｙｂ）とする。ただし、これらの２次元ベクトルとして互いに一次独立な組を選択する。また同じ要素に関してｒｒｎａｐ、ｒｒｎｂｐから生成した２次元ベクトルをそれぞれ（ｒｘａ，ｒｙａ），（ｒｘｂ，ｒｙｂ）とする。なお、これらの２次元ベクトルはいずれも列ベクトルで以下考える。
α、βは次式で定まる。
【０１００】
【数１６】
0003866048.tif 000017
【０１０１】
よって、式（１５）のｒｒｒが定まる。
交点探索回路９１では上記の処理を行う。
【０１０２】
さて、ｉｍａｇｅ＃１〜ｉｍａｇｅ＃３のうちの残りの１枚ｉｍａｇｅ＃ｎｃ上で上記位置ベクトルｒｒｒの反射点に対応する点ｒｒｎｃｐが存在した場合、次式が成立する。
【０１０３】
【数１７】
0003866048.tif 000018
【０１０４】
ここで、γは適当な定数である。よって、ｉｍａｇｅ＃ｎａ，ｉｍａｇｅ＃ｎｂ上の各反射点間で求まった各交点とｉｍａｇｅ＃ｎｃ上の各反射点に関して、式（１７）を適用し、これを満足する組が存在した場合には、上記の交点に関連する各画像上の反射点と、ｉｍａｇｅ＃ｎｃ上のこの反射点の対応がとれたと判定できる。
【０１０５】
交点通過型対応点判定回路９２は、上記の性質を踏まえて、各反射点間の対応を判定する。３次元形状復元回路１３ではこの結果を踏まえて３次元形状を復元する。
【０１０６】
このような構成の画像レーダ装置においては、軸の交差情報を利用して３次元形状を構築するので、３次元形状構築の精度が向上し、識別性能が向上する。
【０１０７】
実施の形態１０．
図１５は本発明の画像レーダ装置の実施の形態１０を示すの処理ブロック図である。図において、１０１は３次元形状照合回路である。
【０１０８】
次に図１５を用いて本実施の形態の処理内容を説明する。
３次元形状復元回路１３までの処理で観測目標の３次元形状を構築する処理は実施の形態１と同様である。３次元形状照合回路１０１では、目標形状データ蓄積手段５１２に蓄積された各候補目標の３次元形状と３次元形状復元回路１３で構築された観測目標の３次元形状を照合する。照合した結果最も一致すると判定された候補目標を観測目標の識別結果として出力する。
【０１０９】
このような構成の画像レーダ装置においては、観測目標の種類を３次元形状を用いて識別できるので識別性能が向上する。
【０１１０】
実施の形態１１．
図１６は本発明の画像レーダ装置の実施の形態１１を示すの処理ブロック図である。図において、１１１は反射強度３次元分布照合回路である。
【０１１１】
次に図１６を用いて本実施の形態の処理内容を説明する。
反射強度３次元分布構築回路２１までの処理で観測目標の反射強度３次元分布を得る処理は実施の形態２と同様である。
反射強度３次元分布照合回路１１１では、観測目標の反射強度３次元分布と目標形状データ蓄積手段５１２に蓄積された各候補目標の３次元形状にＲＣＳ算出手段５１０を適用して得られた候補目標の反射強度３次元分布を照合して、その種類を識別する。
【０１１２】
このような構成の画像レーダ装置においては、観測目標の種類を３次元の反射強度分布を用いて識別できるので識別性能が向上する。
【０１１３】
実施の形態１２．
図１７は本発明の画像レーダ装置の実施の形態１２を示すの処理ブロック図である。図において、１２１は受信専用画像収集装置である。図１８は図１７の受信専用画像収集装置１２１を詳細に示す処理ブロック図である。図において、１２２はバイスタレンジベクトル算出手段である。
【０１１４】
次に図１７、図１８を用いて本実施の形態の処理内容を説明する。
本実施の形態では、１機のレーダ画像収集装置１１と、２機の受信専用レーダ画像収集装置１２１で得られたレーダ画像を用いて目標の３次元形状を構築する。受信専用レーダ画像収集装置１２１では、レーダ画像収集装置１１から照射されて、目標で散乱された電波を受信アンテナ５０３を介して受信機５０４で受信してレーダ画像再生手段５０５でレーダ画像を再生する。
【０１１５】
バイスタレンジベクトル算出手段１２２では、反射波の到来方向およびレーダ画像収集装置１１から目標への照射方向から、バイスタティック構成におけるレンジベクトルを計算する。
以下、対応点判定回路１２、３次元形状復元回路１３での処理は実施の形態１と同様である。
【０１１６】
本実施の形態では、実施の形態１と同等の効果を、より簡単な構成で実現できる。
【０１１７】
実施の形態１３．
図１９は本発明の画像レーダ装置の実施の形態１３を示すの処理ブロック図である。図において、１３１は回転運動蓄積手段、１３２は回転運動照合回路である。
【０１１８】
次に図１９を用いて本実施の形態の処理内容を説明する。
本実施の形態では、実施の形態６と同様の処理で回転運動履歴蓄積回路６１に蓄積された目標の回転運動履歴を、事前に回転運動蓄積手段１３１に蓄積された候補目標の回転運動履歴（例えばｙａｗ、ｒｏｌｌ、ｐｉｔｃｈ運動の周期や振幅等）と比較して、その回転運動が類似する候補目標を目標の識別結果とする。
【０１１９】
このような構成の画像レーダ装置においては、各目標ごとに固有の運動情報を用いて識別を行うので識別性能が向上する。
【０１２０】
実施の形態１４．
図２０は本発明の画像レーダ装置の実施の形態１４を示すの処理ブロック図である。図において、１３１は移動レーダ画像収集装置である。図２１は図２０の移動レーダ画像収集装置１３１を詳細に示すの処理ブロック図である。図において、１３２はレーダ画像履歴蓄積手段、１３３はレンジベクトル履歴蓄積手段である。図２２は本実施の形態の処理内容を説明するための図である。
【０１２１】
次に図２０、図２１、図２２を用いて、本実施の形態の処理内容を説明する。
本実施の形態では、移動レーダ画像収集装置が、ｔ＝ｔ１，ｔ２，ｔ３と時刻が進むにつれ場所を移動しながら目標の観測を行う場合を想定する。
【０１２２】
移動レーダ画像収集装置１３１ではレーダ画像再生手段５０５、および、レンジベクトル算出手段１４までの処理は実施の形態１に示したレーダ画像収集装置１１と同様である。移動レーダ画像収集装置１３１ではレーダ画像再生手段の後段にレーダ画像履歴蓄積手段１３２を配置し、各時刻ｔｎにおけるレーダ画像ｒａｄａｒ＃ｎを蓄積する。また、レンジベクトル算出手段１４の後段にレンジベクトル履歴蓄積手段１３３を配置し、各時刻ｔｎにおけるレンジベクトルｓｓｎを蓄積する。以降対応点判定回路１２で各画像間の対応関係を判定し、３次元形状復元回路１３で、３次元形状を復元する処理は実施の形態１と同様である。
【０１２３】
すなわち、本実施の形態では、少ない台数のレーダ画像収集装置で実施の形態１と同じ効果を得れる利点がある。
【０１２４】
【発明の効果】
この発明に係るレーダ装置においては、目標に電波を照射し、目標からの反射波を利用して目標の形状情報をＩＳＡＲレーダ画像として得る画像レーダ装置であって、異なる位置に配置され目標のレーダ画像の収集およびレーダ位置を基準とした目標の存在方向の推定を行う複数のレーダ画像収集装置と、各レーダ画像収集装置の出力画像上の各反射点間の対応を判定する対応点判定回路と、対応点判定回路の出力である対応点の判定結果と各レーダ画像収集装置の出力であるレーダ画像および目標の存在方向とからそれぞれの画像における各反射点のレンジを抽出し、抽出した上記各反射点のレンジを組み合わせて目標の３次元形状を復元する３次元形状復元回路とを備えている。そのため、目標の３次元形状を知ることができ、識別性能を向上させることができる。
【０１２５】
また、この発明に係るレーダ装置においては、目標に電波を照射し、目標からの反射波を利用して目標の形状情報をＩＳＡＲレーダ画像として得る画像レーダ装置であって、異なる位置に配置され目標のレーダ画像の収集およびレーダ位置を基準とした目標の存在方向の推定を行う複数のレーダ画像収集装置と、各レーダ画像収集装置の出力画像上の各反射点間の対応を判定する対応点判定回路と、対応点判定回路の出力である対応点の判定結果と各レーダ画像収集装置の出力であるレーダ画像から得られるそれぞれの画像における各反射点のレンジおよび目標の存在方向とから目標上の反射強度に関する３次元分布を構築する反射強度３次元分布構築回路とを備えている。そのため、目標の３次元形状を知ることができ、識別性能を向上させることができるとともに、目標の３次元反射強度分布を知ることができるのでさらに識別性能が向上する。
【０１２６】
また、この発明に係るレーダ装置においては、目標に電波を照射し、目標からの反射波を利用して目標の形状情報をＩＳＡＲレーダ画像として得る画像レーダ装置であって、異なる位置に配置され目標のレーダ画像の収集およびレーダ位置を基準とした目標の存在方向の推定を行う複数のレーダ画像収集装置と、各レーダ画像収集装置の出力画像上の各反射点間の対応を、各反射点の振幅値情報をも用いて判定する強度考慮対応点判定回路と、強度考慮対応点判定回路の出力である対応点の判定結果と各レーダ画像収集装置の出力であるレーダ画像から得られるそれぞれの画像における各反射点のレンジおよび目標の存在方向とから目標の３次元形状を復元する３次元形状復元回路とを備えている。そのため、目標の３次元形状を知ることができ、識別性能を向上させることができるとともに、目標の３次元反射強度分布を知ることができるので識別性能が向上する。さらには、反射強度を利用して３次元形状を構築するので、３次元形状の構築精度が向上する。
【０１２７】
また、この発明に係るレーダ装置においては、目標に電波を照射し、目標からの反射波を利用して目標の形状情報をＩＳＡＲレーダ画像として得る画像レーダ装置であって、異なる位置に配置され目標のレーダ画像の収集およびレーダ位置を基準とした目標の存在方向の推定を行う複数のレーダ画像収集装置と、各レーダ画像収集装置の出力画像上の各反射点間を、各反射点毎に、多数の画像のうちいずれか３枚を用いて対応づけるＮ画像対応点判定回路と、Ｎ画像対応点判定回路の出力である対応点の判定結果と各レーダ画像収集装置の出力であるレーダ画像から得られるそれぞれの画像における各反射点のレンジおよび目標の存在方向とから目標の３次元形状を復元する３次元形状復元回路とを備えている。そのため、目標の３次元形状を知ることができるので識別性能が向上し、また、多数の枚数の画像を用いて３次元形状を構築するので例えば、３枚の画像では、反射点がある画像で見えないとき、３台のレーダ画像収集装置ではそのレンジベクトルが一次独立ではない場合にも対応できる。
【０１２８】
また、この発明に係るレーダ装置においては、目標に電波を照射し、目標からの反射波を利用して目標の形状情報をＩＳＡＲレーダ画像として得る画像レーダ装置であって、異なる位置に配置され目標のレーダ画像の収集およびレーダ位置を基準とした目標の存在方向の推定を行う複数のレーダ画像収集装置と、各レーダ画像収集装置の出力画像上の各反射点間のうち対応のとれる基準点を選定する基準点選定回路、基準点選定回路で得られた基準点に関してその空間位置を推定する基準位置推定回路、基準位置推定回路で得られた基準点の空間位置とレーダ画像収集装置で得られた各基準点の画像の画像上のレンジおよびドップラー周波数と各レーダ画像収集装置の位置を基準とした目標の方向とから目標の回転角速度ベクトルを推定する回転角速度ベクトル推定回路、および回転軸の位置を推定する回転軸位置推定回路を有する回転運動推定回路とを備えている。そのため、目標の回転運動を表す角速度ベクトルを得ることができるのでこの値を用いた識別が行えるようになり、さらに識別性能が向上する。
【０１２９】
また、回転運動推定回路の出力である回転運動の推定結果を各時刻で蓄積する回転運動履歴蓄積回路をさらに備えている。これにより、目標の回転運動を表す角速度ベクトルの時間変化を得ることができるので、例えばＰｉｔｃｈ運動の周期のような運動情報を得ることができる。
【０１３０】
また、回転運動推定回路の推定結果を基に各レーダ画像収集装置ごとのクロスレンジ軸と長さと周波数のスケーリングを推定する投影面決定回路と、投影面決定回路の推定結果を基に、レンジおよびレンジに直交するクロスレンジを長さで表現したレーダ画像を各レーダ画像収集装置ごとに得られたレーダ画像に関して生成するレンジ・クロスレンジ画像生成回路とをさらに備えている。そのため、目標に関して各レーダ画像収集装置ごとにレンジ、およびそれに直交したクロスレンジ方向の長さを軸とした目標画像を得ることができるので、これを用いて目標識別性能を向上させることができる。
【０１３１】
また、各レンジクロスレンジ画像生成回路上の各反射点ごとに、各反射点の存在範囲をそのレンジクロスレンジ画像上の反射点を通り、その平面に直交する直線上に限定し、各レンジクロスレンジ画像毎に現れる各軸が交わるか否かを判定する直線交差判定回路と、直線交差判定回路で得られた交差情報を基に、各面上の点に関する軸が全面で１点で交わるものを探索し、これに基づいて対応点を決定する交差情報考慮型対応点判定回路と、交差情報考慮型対応点判定回路の情報を基に目標の３次元形状を構築する３次元形状構築回路とをさらに備えている。そのため、目標に関して、軸の交差情報を利用して３次元形状を構築するので、３次元形状構築の精度が向上し、識別性能が向上する。
【０１３２】
また、各レンジクロスレンジ画像生成回路上の各反射点ごとに、各反射点の存在範囲をそのレンジクロスレンジ画像上の反射点を通り、その平面に直交する直線上に限定し、各レンジクロスレンジ画像ごとに現れる各軸が交わる否かを判定する直線交差判定回路と、交差していると判定された点の組に関して交点の３次元座標を決定する交点探索回路と、さらに別のレンジクロスレンジ画像に関して、各反射点ごとに軸を決定し、その軸が交点を通過するかどうかを調べ、通過した場合にはその点、および交点に関する各画像上の点の組を対応している、そうでなければ対応していないと判定する交点通過型対応点判定回路と、交点通過型対応点判定回路の情報を基に目標の３次元形状を構築する３次元形状構築回路とをさらに備えている。そのため、目標に関して、軸の交差情報を利用して３次元形状を構築するので、３次元形状構築の精度が向上し、識別性能が向上する。
【０１３３】
また、候補目標の形状データを蓄積する目標形状データ蓄積手段と、３次元形状復元回路で復元された観測目標の３次元形状と目標形状データ蓄積手段に蓄積された候補目標の形状データを照合して、類似している候補目標を出力する３次元形状照合回路とをさらに備えている。そのため、観測目標の種類を３次元形状を用いて識別でき、識別性能が向上する。
【０１３４】
また、候補目標の形状データを蓄積する目標形状データ蓄積手段と、目標形状データに蓄積された各候補目標の３次元形状データに電磁界理論を適用して、その反射強度の３次元分布を算出するＲＣＳ算出手段と、反射強度３次元分布構築回路で構築された観測目標の反射強度の３次元分布とＲＣＳ算出手段で得られた各候補目標の反射強度の３次元分布を照合して類似する候補目標を選択する反射強度３次元分布照合回路とをさらに備えている。そのため、観測目標の種類を３次元の反射強度分布を用いて識別でき、識別性能が向上する。
【０１３５】
また、この発明に係るレーダ装置においては、目標に電波を照射し、目標からの反射波を利用して目標の形状情報をＩＳＡＲレーダ画像として得る画像レーダ装置であって、異なる位置に配置して、目標に対して電波の送受信を行い、目標のレーダ画像の収集、およびレーダ位置を基準とした目標の存在方向の推定を行うレーダ画像収集装置と、所定のレーダ画像収集装置から目標に照射して反射された信号を用いて目標のレーダ画像とレーダ画像に関するレンジベクトルを得る受信専用レーダ画像収集装置と、レーダ画像収集装置または受信専用レーダ画像収集装置より得られた出力画像上の各反射点間の対応を判定する対応点判定回路と、対応点判定回路の出力である対応点の判定結果と各レーダ画像収集装置または受信専用レーダ画像収集装置の出力であるレーダ画像および目標の存在方向から目標の３次元形状を復元する３次元形状復元回路とを備えている。そのため、レーダ装置をより簡単な構成で実現でき、コストダウンを図ることができる。
【０１３６】
また、各候補目標ごとの回転運動情報を蓄積する回転運動蓄積手段と、回転運動履歴蓄積回路に蓄積された各時刻ごとの観測目標の回転運動の履歴と回転運動蓄積手段に蓄積した各候補目標ごとの回転運動情報を照合して、回転運動が類似する候補目標を出力する回転運動照合回路とをさらに備えている。このような構成においては、各目標ごとに固有の運動情報を用いて識別を行うので識別性能が向上する。
【０１３７】
また、レーダ画像収集装置は、目標に照射する高周波パルスを生成する送信機と、送信機で生成された高周波パルスを送受信する送受信アンテナと、目標により反射、散乱された高周波パルスの一部を送受信アンテナを介して受信・検波する受信機と、受信機で得られた受信信号を元に観測対象のレーダ画像を生成するレーダ画像再生手段と、受信信号の到来方向からレーダ画像収集装置の位置を基準とした目標の存在方向を単位ベクトルで得るレンジベクトル算出手段とを有する。そのため、反射波の到来方向をもとに、レーダ画像収集装置から見た目標方向の単位ベクトル、すなわち、レンジベクトルを得ることができる。
【０１３８】
また、レーダ画像収集装置は、目標により反射、散乱された高周波パルスの一部を送受信アンテナを介して受信・検波する受信機と、受信機で得られた受信信号を元に観測対象のレーダ画像を生成するレーダ画像再生手段と、受信信号の到来方向および、その受信信号を得るための送信を行ったレーダ画像収集装置の照射方向から、レンジ方向の単位ベクトルを推定するバイスタレンジベクトル算出手段とを有する。そのため、反射波の到来方向およびレーダ画像収集装置から目標への照射方向に基づいて、バイスタティック構成におけるレンジベクトルを計算することができる。
【０１３９】
また、この発明に係るレーダ装置においては、目標に照射する高周波パルスを生成する送信機、送信機で生成された高周波パルスを送受信する送受信アンテナ、目標により反射、散乱された高周波パルスの一部を送受信アンテナを介して受信・検波する受信機、受信機で得られた受信信号を基に観測対象のレーダ画像をＩＳＡＲレーダ画像として生成するレーダ画像再生手段、受信信号の到来方向から目標の存在方向を単位ベクトルで得るレンジベクトル算出手段、レーダと目標の相対運動により刻一刻と変化するレーダ画像再生手段の出力であるレーダ画像を蓄積するレーダ画像履歴蓄積手段、およびレーダと目標の相対運動により刻一刻と変化するレンジベクトル算出手段の出力であるレンジベクトルの算出結果を蓄積するレンジベクトル履歴蓄積手段を有する移動レーダ画像収集装置と、移動レーダ画像収集装置の出力である各時刻におけるレーダ画像から対応点を決定する対応点判定回路と、対応点判定回路の対応点判定結果と移動レーダ画像収集装置の出力であるレンジベクトルの履歴およびレーダ画像の履歴から目標の３次元形状を復元する３次元形状復元回路とを備えている。そのため、少ない台数のレーダ画像収集装置で同様の効果を得れる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の画像レーダ装置の実施の形態１を示すの処理ブロック図である。
【図２】  図１のレーダ画像収集装置を詳細に示す処理ブロック図である。
【図３】  実施の形態１の処理を説明するためのジオメトリである。
【図４】  各レーダ画像収集装置で得られるＩＳＡＲ画像の例である。
【図５】  本発明の画像レーダ装置の実施の形態２を示すの処理ブロック図である。
【図６】  本発明の画像レーダ装置の実施の形態３を示すの処理ブロック図である。
【図７】  本発明の画像レーダ装置の実施の形態４を示すの処理ブロック図である。
【図８】  実施の形態４の処理を説明するための図である。
【図９】  本発明の画像レーダ装置の実施の形態５を示すの処理ブロック図である。
【図１０】  実施の形態５の処理内容を説明するための図である。
【図１１】  本発明の画像レーダ装置の実施の形態６を示すの処理ブロック図である。
【図１２】  本発明の画像レーダ装置の実施の形態７を示すの処理ブロック図である。
【図１３】  本発明の画像レーダ装置の実施の形態８を示すの処理ブロック図である。
【図１４】  本発明の画像レーダ装置の実施の形態９を示すの処理ブロック図である。
【図１５】  本発明の画像レーダ装置の実施の形態１０を示すの処理ブロック図である。
【図１６】  本発明の画像レーダ装置の実施の形態１１を示すの処理ブロック図である。
【図１７】  本発明の画像レーダ装置の実施の形態１２を示すの処理ブロック図である。
【図１８】  図１７の受信専用画像収集装置を詳細に示す処理ブロック図である。
【図１９】  本発明の画像レーダ装置の実施の形態１３を示すの処理ブロック図である。
【図２０】  本発明の画像レーダ装置の実施の形態１４を示すの処理ブロック図である。
【図２１】  図２０の移動レーダ画像収集装置を詳細に示すの処理ブロック図である。
【図２２】  実施の形態１４の処理内容を説明するための図である。
【図２３】  従来のレーダ装置の構成を示す図である。
【図２４】  観測時の目標とレーダとの位置関係および目標の運動を示す図である。
【図２５】  図２３で示したレーダ画像再生手段の内部を詳細に示したものである。
【図２６】  図２３で示したレーダ画像表示手段の内部を詳細に示したものである。
【符号の説明】
１１  レーダ画像収集装置、１２  対応点判定回路、１３  ３次元形状復元回路、２１  反射強度３次元分布構築回路、３１  強度考慮対応点判定回路、４１Ｎ画像対応点判定回路、５１  基準点選定回路、５２  基準位置推定回路、５３  回転角速度ベクトル推定回路、５４  回転軸位置推定回路、５５  回転運動推定回路、６１  回転運動履歴蓄積回路、７１  投影面決定回路、７２  レンジ・クロスレンジ画像生成回路、８１  直線交差判定回路、８２  交差情報考慮型対応点判定回路、９１  交点探索回路、９２  交点通過型対応点判定回路、５１２  目標形状データ蓄積手段、１０１  ３次元形状照合回路、５１０  ＲＣＳ算出手段、１１１  反射強度３次元分布照合回路、１２１  受信専用レーダ画像収集装置、１３１  回転運動蓄積手段、１３２  回転運動照合回路、５０１  送信機、５０３  送受信アンテナ、５０４  受信機、５０５  レーダ画像再生手段、１４  レンジベクトル算出手段、１２２  バイスタレンジベクトル算出手段、１３２  レーダ画像履歴蓄積手段、１３１  移動レーダ画像収集装置
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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