(57)【要約】【課題】観測データの補間のパラメータを指定することなく、動揺補償することができる画像レーダ装置を提供する。【解決手段】アップサンプル率算出部１０ｂは、観測データを画像化したときの画質を決めるレンジ方向の分解能、アジマス方向の分解能および信号対雑音電力比の各劣化許容値とレーダの諸元とから、各劣化許容値に収まるように観測データのアップサンプル率を算出する。観測データアップサンプル部１０ｃは、アップサンプル率算出部１０ｂが算出したアップサンプル率に基づいて、位相補償部１０ａが位相を補償した観測データをアップサンプルする。ニアレストネイバー補間部１０ｄは、実測されたレーダの移動軌道とこれを直線に近似した直線軌道との差に基づいて、観測データアップサンプル部１０ｃがアップサンプルした観測データをニアレストネイバー補間する。【選択図】図１
2016161386.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
実測されたレーダの移動軌道とこれを直線に近似した直線軌道との差に基づいて、レーダが受信した電波の観測データの位相を補償する位相補償部と、
観測データを画像化したときの画質を決めるレンジ方向の分解能、アジマス方向の分解能および信号対雑音電力比の各劣化許容値とレーダの諸元とから、前記各劣化許容値に収まるように観測データのアップサンプル率を算出するアップサンプル率算出部と、
前記アップサンプル率算出部が算出したアップサンプル率に基づいて、前記位相補償部が位相を補償した観測データをアップサンプルする観測データアップサンプル部と、
実測されたレーダの移動軌道とこれを直線に近似した直線軌道との差に基づいて、前記観測データアップサンプル部がアップサンプルした観測データをニアレストネイバー補間するニアレストネイバー補間部と、
前記ニアレストネイバー補間部がニアレストネイバー補間した観測データを画像化する画像再生部と
を備えたことを特徴とする画像レーダ装置。
【請求項２】
前記アップサンプル率算出部は、算出したアップサンプル率で観測データをアップサンプルした場合における動揺補償の処理時間が予め定められた上限値を超えないように当該アップサンプル率を調整する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】
前記アップサンプル率算出部は、前記各劣化許容値および動揺補償の処理時間の上限値のうち、いずれを優先するかが指定されるフラグ情報を参照して、前記フラグ情報に前記各劣化許容値を優先することが指定されていると、前記各劣化許容値に収まるように算出したアップサンプル率で観測データがアップサンプルされた場合における動揺補償の処理時間が上限値を超えても、当該アップサンプル率を算出結果として出力することを特徴とする請求項２記載の画像レーダ装置。
【請求項４】
前記アップサンプル率算出部は、観測データをレンジ方向に高分解能化する関数で信号処理した波形に対する接線の傾きの最大値の絶対値とアップサンプル率との関係式を使用して、前記各劣化許容値に収まるように観測データのアップサンプル率を算出することを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の画像レーダ装置。
【請求項５】
前記観測データをレンジ方向に高分解能化する関数は、ｓｉｎｃ関数であることを特徴とする請求項４記載の画像レーダ装置。
【請求項６】
前記接線の傾きの最大値の絶対値は、１．３７であることを特徴とする請求項５記載の画像レーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、航空機、人工衛星といった移動可能なプラットフォームに搭載されて地表などを観測する画像レーダ装置に係り、特に合成開口レーダ（Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ  Ａｐｅｒｔｕｒｅ  Ｒａｄａｒ；以下、ＳＡＲと記載する）に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＳＡＲからなる画像レーダ装置は、この装置が搭載されたプラットフォーム側から地表へ電波を照射してその反射波をプラットフォーム側で受信し、受信した反射波をアナログ−デジタル変換した上で、観測データとして記録している。この観測データは、画像再生と呼ばれる信号処理により画像化されるが、観測領域の全部または一部を一度に画像再生する場合は、プラットフォームの移動軌道を直線とみなして信号処理している。
【０００３】
しかしながら、実際の観測軌道は、航空機への風の影響、あるいは人工衛星の周回軌道の影響などを受けて直線とはならない。このため、観測データの位相と受信タイミングとを、直線軌道から観測したデータとみなせるように調整する必要がある。
この調整を動揺補償と呼ぶ。動揺補償において、位相の補償は、観測データへの複素数の乗算により実現される。また、受信タイミングの補償は、観測データのリサンプリングにより実現される。
【０００４】
リサンプリングでは、画像再生に使用する直線軌道と実際の軌道との距離差に基づき、観測データを補間する（例えば、非特許文献１参照）。
また、観測データの補間には、ｓｉｎｃ関数を使用した補間が一般的である（例えば、非特許文献２参照）。
【０００５】
補間の方法またはパラメータによって補間誤差が決まり、その誤差に応じた画質、演算時間になるという関係がある。つまり、補間の方法またはパラメータによって補間の誤差を大きくした場合、画像再生後に得られる画像の分解能または信号対雑音電力比（Ｓｉｇｎａｌ  ｔｏ  Ｎｏｉｓｅ  ｐｏｗｅｒ  Ｒａｔｉｏ；以下、ＳＮＲと記載する）などの画質が劣化する。また、補間の誤差を小さくした場合には、演算量が大きくなり長い演算時間を要する。
【０００６】
従来の技術では、補間のパラメータによって補間誤差の大きさを調整して、その結果が必要な画質と演算時間を満たすように構成されていた。
ｓｉｎｃ関数を使用した補間では、カーネル長と呼ばれる補間誤差に反比例するパラメータを、補間誤差と演算時間との観点から設定している。そして、画質は低いが演算時間の短い画像を得たい場合、このパラメータを小さく設定する必要がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ａ．Ｍｏｒｅｉｒａ，Ｙ．Ｈｕａｎｇ，“Ａｉｒｂｏｒｎｅ  ＳＡＲ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ｏｆ  Ｈｉｇｈｌｙ  Ｓｑｕｉｎｔｅｄ  Ｄａｔａ  Ｕｓｉｎｇ  ａ  Ｃｈｉｒｐ  Ｓｃａｌｉｎｇ  Ａｐｐｒｏａｃｈ  ｗｉｔｈ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ    Ｍｏｔｉｏｎ  Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ，”ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．  Ｇｅｏｓｃｉ．  Ｒｅｍｏｔｅ  Ｓｅｎｓ．，ｐｐ．１０２９−１０４０，ｖｏｌ．３２，ｎｏ．５，Ｓｅｐ．１９９４．
【非特許文献２】Ｉ．Ｇ．Ｃｕｍｍｉｎｇ，Ｆ．Ｈ．Ｗｏｎｇ，“Ｄｉｇｉｔａｌ  ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ｏｆ  ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ  ａｐｅｒｔｕｒｅ  ｒａｄａｒ  ｄａｔａ，”ｐｐ．５２−５８，Ａｒｔｅｃｈ  ｈｏｕｓｅ，２００５．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の技術で補間のパラメータによって決まる補間誤差は、観測データとして保存されている反射波の振幅および位相の誤差である。
この誤差の大きさは、観測データの値によって変わるため、どの程度の大きさの誤差が生じるのかを見積もることができない。このため、補間のパラメータと画質を対応付けられず、許容できる画質の劣化具合と演算時間を満たすために設定すべきカーネル長を特定することができなかった。
【０００９】
この発明は、上記の課題を解決するもので、観測データの補間のパラメータを指定することなく動揺補償を行うことができる画像レーダ装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明に係る画像レーダ装置は、位相補償部、アップサンプル率算出部、観測データアップサンプル部、ニアレストネイバー補間部および画像再生部を備えて構成される。
位相補償部は、実測されたレーダの移動軌道とこれを直線に近似した直線軌道との差に基づいて、レーダが受信した電波の観測データの位相を補償する。
アップサンプル率算出部は、観測データを画像化したときの画質を決めるレンジ方向の分解能、アジマス方向の分解能および信号対雑音電力比の各劣化許容値とレーダの諸元とから、各劣化許容値に収まるように観測データのアップサンプル率を算出する。
観測データアップサンプル部は、アップサンプル率算出部が算出したアップサンプル率に基づいて、位相補償部が位相を補償した観測データをアップサンプルする。
ニアレストネイバー補間部は、実測されたレーダの移動軌道とこれを直線に近似した直線軌道との差に基づいて、観測データアップサンプル部がアップサンプルした観測データをニアレストネイバー補間する。
画像再生部は、ニアレストネイバー補間部がニアレストネイバー補間した観測データを画像化する。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、観測データを画像化したときの画質を決めるパラメータの劣化許容値から算出されたアップサンプル率に基づいて、観測データのアップサンプルおよびニアレストネイバー補間を実施するので、ユーザが観測データの補間のパラメータを指定することなく動揺補償を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の実施の形態１に係る画像レーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図２】実施の形態１に係る画像レーダ装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】実施の形態１に係る画像レーダ装置によるレーダ観測の概要を示す図である。
【図４】実施の形態１における画像再生部による画像再生の途中段階における観測データの状態例を示す図である。
【図５】観測データのｓｉｎｃ関数の波形と接線との関係を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態２に係る画像レーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図７】実施の形態２に係る画像レーダ装置の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る画像レーダ装置１の構成を示すブロック図である。画像レーダ装置１は、航空機、人工衛星といった移動可能なプラットフォームに搭載されたレーダから地表などの目標に対して電波を照射し、この目標からの反射波をレーダが受信して観測データを得る。レーダによる観測データは画像再生により画像化される。
なお、以降では、画像レーダ装置１が、観測データの位相補償および補間を一度に行う場合を示すが、非特許文献１のように、おおまかな動揺補償（ｂｕｌｋ  ｍｏｔｉｏｎ  ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ）と差分動揺補償（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  ｍｏｔｉｏｎ  ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ）の二度に分けて行うように構成してもよい。
【００１４】
図１において、実観測軌道格納部２は、直線軌道算出部３および軌道間距離算出部５の双方からデータ読み出し可能に設けられた記憶部であり、レーダ観測の実観測軌道情報がレーダ観測の電波受信時刻とともに格納される。
ここで、実観測軌道情報とは、レーダ観測の電波受信時刻ごとのレーダ観測の距離ゼロに相当する点の位置を示す情報である。
レーダ観測の電波受信時刻は、プラットフォームに搭載されたレーダが目標に向けて照射した電波の反射波を受信した時刻である。
レーダ観測の距離ゼロに相当する点の位置は、レーダからの距離がゼロの位置であり、レーダが備える上記電波と上記反射波を送受信する送受信アンテナの位相中心位置に相当する。すなわち、レーダ観測の各電波受信時刻の実観測軌道情報は、実測されたレーダの移動軌道を示している。以下、実測されたレーダの移動軌道を“実観測軌道”と呼ぶ。
【００１５】
なお、実観測軌道情報は、例えば、プラットフォームに搭載された全地球測位システム（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ；ＧＰＳ）、慣性航法装置（Ｉｎｅｒｔｉａｌ  Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ；ＩＮＳ）、あるいは、慣性計測装置（Ｉｎｅｒｔｉａｌ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  Ｕｎｉｔ；ＩＭＵ）などの機器から得てもよい。また、プラットフォームの位置を計測するレーダ装置から得てもよい。
実観測軌道情報は、これらの装置から得た情報を信号処理もしくは情報処理した結果であってもよい。
さらに、実観測軌道情報の座標系は、地心固定座標系でもよく、緯度、経度、高度でもよく、独自の３次元の座標系であってもよい。時刻の表現方法には、例えば、世界標準時、地方時が挙げられる。
【００１６】
直線軌道算出部３は、実観測軌道格納部２に格納された実観測軌道情報から、レーダの直線軌道情報をレーダ観測の電波受信時刻ごとに算出する。
直線軌道情報は、レーダ観測の距離ゼロに相当する点を直線に近似したときの位置座標とこの点に対応する電波受信時刻の情報とを有する。すなわち、レーダ観測の各電波受信時刻の直線軌道情報は、実観測軌道を直線に近似した直線軌道を示している。
以下、この近似した軌道を“直線軌道”と呼ぶ。直線軌道算出部３が算出した直線軌道情報は、直線軌道格納部４に格納される。
直線軌道格納部４は、直線軌道算出部３によるデータ書き込みが可能であり、かつ軌道間距離算出部５からデータ読み出し可能に設けられた記憶部であり、直線軌道情報が格納される。
【００１７】
軌道間距離算出部５は、実観測軌道情報と直線軌道情報とから、レーダ観測の電波受信時刻ごとに、実観測軌道上のレーダ観測の距離ゼロに相当する点Ｐａと観測地点Ｐｔとの距離と、この点Ｐａに対応する電波受信時刻の直線軌道上のレーダ観測の距離ゼロに相当する点Ｐｌと観測地点Ｐｔとの距離との間の距離差を算出する。
軌道間距離格納部６は、軌道間距離算出部５によるデータ書き込みが可能であり、かつ位相補償部１０ａおよびニアレストネイバー補間部１０ｄからデータ読み出し可能に設けられた記憶部であって、軌道間距離算出部５が算出したレーダ観測の電波受信時刻ごとの距離差が格納される。
【００１８】
観測データ格納部７は、レンジ圧縮部９からデータ読み出し可能に設けられた記憶部である。観測データ格納部７には、レーダ観測で受信された上記反射波のアナログ信号をデジタル信号に変換したデータが観測データとして格納される。
なお、観測データは、反射波の位相と振幅の形式のデータであってもよく、実部と虚部からなる形式のデータであってもよい。
【００１９】
レーダ諸元格納部８は、レンジ圧縮部９、位相補償部１０ａ、アップサンプル率算出部１０ｂおよび画像再生部１２からデータ読み出し可能に設けられた記憶部であり、レーダの諸元を示すレーダ諸元情報が格納される。レーダ諸元情報は、例えば、送受信アンテナが送信する送信波の波長、帯域幅、中心周波数、パルス幅があり、また反射波を受信する受信ゲート幅、アンテナビーム幅などがある。
【００２０】
レンジ圧縮部９は、レーダ諸元格納部８から読み出したレーダ諸元情報に基づいて、観測データ格納部７に格納された観測データを、送受信パルスごとにレンジ圧縮する。
レンジ圧縮処理は、パルス圧縮とも呼ばれており、時間領域もしくは周波数領域で観測データと送信パルスを畳み込み積分する方法などを使用して、観測データをレンジ方向に高分解能化する信号処理である。
なお、レンジ方向は、プラットフォームの移動方向、すなわちレーダの移動方向と直交する方向（レーダとの距離方向）である。
【００２１】
動揺補償部１０は、観測データの動揺補償を行う構成要素であり、位相補償部１０ａ、アップサンプル率算出部１０ｂ、観測データアップサンプル部１０ｃ、ニアレストネイバー補間部１０ｄを備えて構成される。
位相補償部１０ａは、実測されたレーダの実観測軌道とこれを直線に近似した直線軌道との距離差に基づいて、レーダが受信した電波の観測データの位相を補償する。
例えば、位相補償部１０ａは、レーダ諸元格納部８から読み出したレーダ諸元情報と、軌道間距離格納部６から読み出した軌道間の距離差とから軌道間の距離差に相当する位相差を算出して、レンジ圧縮部９がレンジ圧縮した観測データから上記位相差を除去する。
【００２２】
なお、画質劣化許容値格納部１１は、アップサンプル率算出部１０ｂからデータ読み出し可能に設けられた記憶部であり、ユーザが指定する画質劣化許容値が格納される。
画質劣化許容値は、観測データを画像化したときの画質を決める、レンジ方向の分解能における劣化の許容値、アジマス方向の分解能における劣化の許容値、および、ＳＮＲにおける劣化の許容値である。
以下、レンジ方向の分解能の劣化許容値を“レンジ分解能劣化許容値”と呼び、アジマス方向の分解能の劣化許容値を“アジマス分解能劣化許容値”と呼び、ＳＮＲの劣化許容値を“ＳＮＲ劣化許容値”と呼ぶ。
アップサンプル率算出部１０ｂは、画質劣化許容値格納部１１から読み出した画質劣化許容値とレーダ諸元格納部８から読み出したレーダ諸元情報とに基づいて、画質劣化許容値に収まるように観測データのアップサンプル率を算出する。
【００２３】
観測データアップサンプル部１０ｃは、アップサンプル率算出部１０ｂが算出したアップサンプル率に基づいて、位相補償部１０ａが位相補償した観測データをアップサンプルする。ニアレストネイバー補間部１０ｄは、軌道間距離格納部６から読み出した実観測軌道とこれを直線に近似した直線軌道との距離差に基づいて、観測データアップサンプル部１０ｃがアップサンプルした観測データを、ニアレストネイバー法により補間する。
【００２４】
画像再生部１２は、ニアレストネイバー補間部１０ｄによってニアレストネイバー補間された観測データを画像化する。例えば、画像再生部１２は、直線軌道格納部４から読み出した直線軌道情報とレーダ諸元格納部８から読み出したレーダ諸元情報とに基づいて、ニアレストネイバー補間された観測データを画像再生する。
画像格納部１３は、画像再生部１２によってデータ書き込み可能に設けられた記憶部であり、画像再生部１２によって画像再生された画像が格納される。
【００２５】
画像再生で得られる画像は、ＪＰＥＧ（Ｊｏｉｎｔ  Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｉｃ  Ｅｘｐｅｒｔｓ  Ｇｒｏｕｐ）などの一般的なフォーマットの画像であってもよく、画像レーダ装置１に特有な独自のフォーマットであってもよい。
また、画像の画素値は、振幅値もしくは電力値のみを有する実数であってもよいが、振幅および位相を有する複素数であってもよい。
【００２６】
なお、直線軌道算出部３、軌道間距離算出部５、動揺補償部１０および画像再生部１２は、例えば、プロセッサがメモリに記憶されたプログラムを実行することにより実現される。また、複数のプロセッサおよび複数のメモリが連動して上記機能を実行してもよい。
実観測軌道格納部２、直線軌道格納部４、軌道間距離格納部６、観測データ格納部７、レーダ諸元格納部８、画質劣化許容値格納部１１および画像格納部１３は、画像レーダ装置１が備えるハードディスク装置などの記憶装置に構築される。記憶装置としては、ＳＤカード、ＵＳＢメモリなどであってもよく、通信によりデータの読み書きが可能な外部の記憶装置であってもよい。
【００２７】
次に動作について説明する。
図２は、実施の形態１に係る画像レーダ装置１の動作を示すフローチャートであって、観測データを画像再生するまでの処理を示している。
ステップＳＴ１において、直線軌道算出部３は、実観測軌道格納部２から読み出した実観測軌道情報が示す位置の空間座標を直線でフィッティングして直線軌道を算出する。
直線軌道の算出方法としては、例えば最小二乗法によるフィッティングが用いられる。
【００２８】
ここで、図３は、画像レーダ装置１によるレーダ観測の概要を示す図であり、プラットフォームの進行方向に直交し、実観測軌道上の点Ｐａ（ｔ）、直線軌道上の点Ｐｌ（ｔ）を含む平面を示している。レンジｒは、図３におけるレーダと観測地点との距離であり、直線軌道上の点Ｐｌ（ｔ）と観測地点Ｐｔ（ｔ，ｒ）との距離、実観測軌道上の点Ｐａ（ｔ）と観測地点Ｐｔ（ｔ，ｒ）との距離に相当する。
次に、軌道間距離算出部５が、レーダによって送受信される電波のパルス送受信時刻ｔごとおよびレンジｒごとに、下記式（１）に従って図３に示す観測地点Ｐｔ（ｔ，ｒ）と実観測軌道上の点Ｐａ（ｔ）、直線軌道上の点Ｐｌ（ｔ）との間の距離差ｄ（ｒ，ｔ）を算出する（ステップＳＴ２）。ただし、Ｐｔ（ｔ，ｒ）、Ｐａ（ｔ）、Ｐｌ（ｔ）はベクトルである。
ｄ（ｒ，ｔ）＝｜Ｐａ（ｔ）−Ｐｔ（ｔ，ｒ）｜−ｒ      ・・・（１）
【００２９】
なお、図３はレーダの軌道と観測地点との幾何的な配置の一例を示している。従って、観測地点Ｐｔ（ｔ，ｒ）は、図３に示す面内に含まれており、かつ直線軌道上の点Ｐｌ（ｔ）からの高さの違い（観測地点Ｐｔ（ｔ，ｒ）との高度差）がＨであり、直線軌道上の点Ｐｌ（ｔ）との距離がレンジｒ＝｜Ｐｌ（ｔ）−Ｐｔ（ｔ，ｒ）｜となる点である。
その他、実観測軌道上の点Ｐａ（ｔ）、直線軌道上の点Ｐｌ（ｔ）を含み、送受信アンテナのビーム方向を含む面に観測地点Ｐｔ（ｔ，ｒ）を定めることもある。
【００３０】
次に、レンジ圧縮部９が、レーダ諸元格納部８から読み出したレーダ諸元情報に基づいて、観測データ格納部７に格納された観測データをレンジ圧縮する（ステップＳＴ３）。
レンジ圧縮は、例えば、観測データと送信波とを畳み込み積分して実現される。
なお、送信波は、実際に送信された電波の波形を記録したパルスレプリカを使用してもよいが、パルス幅、送信帯域幅などのレーダ諸元に基づいて算出した参照関数を使用してもよい。畳み込み積分は、時間領域と周波数領域の両方で実行することができる。
レンジ圧縮後の波形は、ｓｉｎｃ関数すなわちｓｉｎ（ｘ）／ｘの重ね合わせとなる。
【００３１】
続いて、位相補償部１０ａが、レンジ圧縮された観測データから距離差ｄ（ｒ，ｔ）に相当する位相を差し引いて位相補償する（ステップＳＴ４）。
例えば、レーダと観測地点との距離（レンジ）をｒとし、パルス送受信時刻ｔのレンジ圧縮後の観測データをＥ（ｒ，ｔ）とすると、位相補償された観測データＥ’（ｒ，ｔ）は、下記式（２）から求めることができる。なお、ｊは虚数単位、λは送信波のキャリア波長である。
Ｅ’（ｒ，ｔ）＝Ｅ（ｒ，ｔ）ｅｘｐ｛−ｊ４πｄ（ｒ，ｔ）／λ｝  ・・・（２）
【００３２】
次に、アップサンプル率算出部１０ｂが、画質劣化許容値格納部１１から読み出した画質劣化許容値とレーダ諸元格納部８から読み出したレーダ諸元情報に基づいて、画質劣化許容値に収まるように観測データのアップサンプル率を算出する（ステップＳＴ５）。
ここで、本発明の動揺補償における画質劣化許容値と画質の関係について説明する。
本発明は、観測データのリサンプリングを、アップサンプリングとニアレストネイバー補間で実現することにより、画質と画像劣化許容値との関連付けが可能となることを特徴とする。
【００３３】
観測データのリサンプリングの誤差は、アップサンプル率Ｕ、もしくは、アップサンプル率から算出可能なアップサンプル後のレンジサンプリング幅δ’によって決まる。
アップサンプル率Ｕとアップサンプル後のレンジサンプリング幅δ’は、下記式（３）の関係を有する。ただし、δは、観測データのレンジサンプリング幅であって、受信波をデジタル信号に変換するＡＤ変換器のサンプリング周波数などにより決まる値である。
δ’＝δ／Ｕ      ・・・（３）
【００３４】
本発明におけるリサンプリングでは、ニアレストネイバー補間を用いるため、リサンプリングによりレンジｒ０の値を取得したい場合であっても、下記式（４）で示す範囲内のｒとなるため、レンジの誤差が生じる。すなわち、リサンプリングによってレンジ誤差が最大でδ’／２だけ生じる。
ｒ０−δ’／２≦ｒ≦ｒ０＋δ’／２      ・・・（４）
【００３５】
図４は、実施の形態１における画像再生部１２による画像再生の途中段階における観測データの状態例を示す図である。ここでは、一つの点散乱体からの反射波をレーダが受信した場合を示している。
図４に示すように、レンジ誤差がない場合は、破線ａのように同一のレンジで直線状に並んだ点散乱体からの反射波が受信され、これらの観測データをそれぞれレンジ圧縮したｓｉｎｃ関数の波形が並ぶ。
一方、本発明におけるリサンプリングは、最大でδ’／２のレンジ誤差が生じるため、一点鎖線ｂで示すようにレンジ誤差がない場合から±δ’／２の範囲内でｓｉｎｃ関数の波形の位置がばらつく。
【００３６】
画像再生では、観測データを送受信時刻方向に畳み込み積分して画像が生成される。
しかしながら、一点破線ｂのようにｓｉｎｃ関数の波形の位置がばらついた状態で畳み込み積分した場合、ｓｉｎｃ関数の波形がずれた状態で積分されるため、積分後の画像のレンジ分解能は、ｓｉｎｃ関数の半値幅もしくはｎｕｌｌ点間隔で表される分解能よりも最大でδ’＝δ／Ｕだけ劣化する。
【００３７】
さらに、レンジが最大でδ’／２だけの誤差を持つことにより、各パルス送受信時刻において一定のレンジの観測データを考えると、パルス送受信時刻ｔに応じて受信波を示すｓｉｎｃ関数の波形における振幅が変動する。
この変動が最も大きくなるのは、図５に示すようにレンジが０．６６Δｒの点に対する接線ｃの傾きの最大値の絶対値が１．３７／Δｒになることを考えると、ｒ０＝０．６６Δｒのときにレンジ誤差δ’／２が生じている。
ただし、Δｒは、ｓｉｎｃ関数の波形におけるｎｕｌｌ点間隔で表されるレンジ分解能を示している。このときの振幅変動は、１．３７δ’／（２Δｒ）である。
【００３８】
前述した振幅変動はｓｉｎｃ関数の最大値が１の場合であることを考慮すると、振幅が最も低下した１．３７δ’／（２Δｒ）のときの振幅変動率は、Ａ＝１−１．３７δ’／（２Δｒ）と表すことができる。
また、ｓｉｎｃ関数の最大値が１ではない場合、振幅変動は、ｓｉｎｃ関数の最大値に比例して変化する。ここで、Ａをレンジ誤差で生じる最大の振幅変動率とみなして、振幅低下率と呼ぶ。この振幅の低下によって画像の電力が低下するため、画像のＳＮＲが劣化する。画像のＳＮＲ劣化率は、最大でＡ２である。
振幅低下率Ａは、アップサンプル率Ｕとの間に下記式（５）の関係を有する。
Ａ＝１−１．３７δ’／（２ΔｒＵ）      ・・・（５）
【００３９】
続いて、振幅変動によるアジマス分解能（プラットフォーム進行方向を表わす軸の方向の分解能）の劣化について考える。
最も劣化したアジマス分解能は、例えば下記式（６）をフーリエ変換した結果の半値幅もしくはｎｕｌｌ点間隔によって算出される。
１−Ａ＋Ａ（１−ｃｏｓ（２πｘ）／２）  （０≦ｘ≦１）  ・・・（６）
【００４０】
また、レンジ誤差がない場合のアジマス分解能は、レーダ諸元情報に基づいて算出することができる。これにより、前述のようにして求められた劣化したアジマス分解能から、レンジ誤差がない場合におけるアジマス分解能を引いた値が、アジマス分解能劣化許容値である。アップサンプル率Ｕが決定されると、レンジ分解能劣化許容値、アジマス分解能劣化許容値、ＳＮＲ劣化許容値が決定される。
【００４１】
本発明では、レンジ分解能劣化許容値、アジマス分解能劣化許容値、ＳＮＲ劣化許容値をパラメータとして指定し、これらの劣化許容値に収まるようアップサンプル率Ｕを決定する。例えば、レンジ分解能劣化許容値をＫｒとし、アジマス分解能劣化許容値をＫｓとすると、アップサンプル率算出部１０ｂは、下記式（７）に従って、ＫｒとＫｓの両方を満たすアップサンプル率を算出する。
Ｕ＝ｍｉｎ（１．３７δ／（２Δｒ（１−√Ｋｓ）），Ｋｒ）    ・・・（７）
【００４２】
続いて、アップサンプル率算出部１０ｂは、上記式（７）で求めたアップサンプル率Ｕを上記式（５）に代入して振幅低下率Ａを算出する。そして、この振幅低下率Ａを用いて上記式（６）からアジマス分解能を算出する。
アップサンプル率算出部１０ｂは、算出したアジマス分解能とレーダ諸元情報とから、真のアジマス分解能Δａを求め、Δａが下記式（８）の関係を満たす場合に、このときのアップサンプル率Ｕを算出結果として、ステップＳＴ５の処理を終了する。
Δａ＋Ｋａ≧Δａ’      ・・・（８）
【００４３】
上記式（８）の関係を満たさない場合は、アップサンプル率算出部１０ｂが、アップサンプル率Ｕをより大きくしてから上記式（５）で振幅低下率Ａを求め、この振幅低下率Ａを用いて上記式（６）を使ったアジマス分解能を算出する。
そして、上記と同様に、上記式（８）の関係を満たしたアップサンプル率Ｕが見つかるまで、アップサンプル率Ｕを大きくすることを繰り返す。
アップサンプル率Ｕは、例えば、一定値を加算もしくは乗算して大きくする。ただし、アップサンプル率Ｕは、１以上の実数とする。
【００４４】
画質劣化許容値とアップサンプル率との関係は、画質劣化許容値が設定変更される度に算出してもよい。また、前もって算出した結果、もしくは過去に算出した結果を保存しておき、画質劣化許容値が設定変更される度に保存していた結果を参照してアップサンプル率を定めてもよい。
【００４５】
図２の説明に戻る。
次に、観測データアップサンプル部１０ｃは、ステップＳＴ５で算出されたアップサンプル率Ｕに基づいて、位相補償部１０ａが位相補償した観測データをアップサンプルする（ステップＳＴ６）。アップサンプルの方法としては、例えば、観測データをレンジ方向にフーリエ変換したデータに０値を付加し、逆フーリエ変換するゼロパディング法などを使用する。
【００４６】
次に、ニアレストネイバー補間部１０ｄは、軌道間距離格納部６から読み出した実観測軌道とこれを直線に近似した直線軌道との距離差に基づいて、ステップＳＴ６にてアップサンプルされた観測データをニアレストネイバー法により補間する（ステップＳＴ７）。
具体的には、ニアレストネイバー補間部１０ｄが、アップサンプルされた観測データにおいて、レンジｒの観測データをｒ−ｄ（ｒ，ｔ）に最も近い観測データに置き換える。
なお、ステップＳＴ２からステップＳＴ７までの一連の処理は、パルス送受信時刻ごとに実施される。
【００４７】
画像再生部１２は、ステップＳＴ７にてニアレストネイバー補間された観測データを、直線軌道情報とレーダ諸元情報を用いて画像再生する（ステップＳＴ８）。
画像再生には、例えば、レンジドップラー法、チャープスケーリング法、ω−ｋ法などを使用する。
【００４８】
以上のように、実施の形態１に係る画像レーダ装置１は、位相補償部１０ａ、アップサンプル率算出部１０ｂ、観測データアップサンプル部１０ｃ、ニアレストネイバー補間部１０ｄおよび画像再生部１２を備える。
特に、アップサンプル率算出部１０ｂは、観測データを画像化したときの画質を決めるレンジ方向の分解能、アジマス方向の分解能およびＳＮＲの各劣化許容値である画質劣化許容値とレーダの諸元とから画質劣化許容値に収まるように観測データのアップサンプル率Ｕを算出する。
観測データアップサンプル部１０ｃは、アップサンプル率Ｕに従って位相補償部１０ａが位相を補償した観測データをアップサンプルする。
ニアレストネイバー補間部１０ｄは、実測されたレーダの移動軌道とこれを直線に近似した直線軌道との差に基づいて、観測データアップサンプル部１０ｃがアップサンプルした観測データをニアレストネイバー補間する。
このように画質劣化許容値から算出されたアップサンプル率Ｕに基づいて、観測データのアップサンプルとニアレストネイバー補間を実施するので、ユーザが観測データの補間のパラメータを指定することなく動揺補償を行うことができる。
さらに、ユーザが、補間のパラメータではなく画質劣化許容値をパラメータとして指定する構成としているので、ユーザの必要な画質に応じてパラメータの変更が可能である。
【００４９】
また、実施の形態１におけるアップサンプル率算出部１０ｂは、観測データをレンジ方向に高分解能化する関数で信号処理した波形に対する接線の傾きの最大値の絶対値とアップサンプル率Ｕとの関係式を使用して、各劣化許容値に収まるように観測データのアップサンプル率Ｕを算出する。実施の形態１において、観測データをレンジ方向に高分解能化する関数はｓｉｎｃ関数であり、接線の傾きの最大値の絶対値は１．３７である。
このようにすることで、画質劣化許容値に収まるように観測データのアップサンプル率Ｕを算出することができる。
なお、レンジ圧縮後の波形をｓｉｎｃ関数で表現する場合を示したが、これ以外の関数で表現することもできる。ただし、ｓｉｎｃ関数を用いて処理する方が、前述したようにより少ない演算量でアップサンプル率Ｕを見積もることが可能である。
【００５０】
実施の形態２．
実施の形態１では、画像劣化許容値に収まるようにアップサンプル率を算出する場合を示したが、実施の形態２は、画像劣化許容値に加え、動揺補償の処理時間の目安値も考慮してアップサンプル率を算出する構成について説明する。
【００５１】
図６は、この発明の実施の形態２に係る画像レーダ装置１Ａの構成を示すブロック図である。画像レーダ装置１Ａは、実施の形態１と同様に、航空機、人工衛星といった移動可能なプラットフォームに搭載されたレーダから地表などの目標に対して電波を照射して、この目標からの反射波をレーダが受信して観測データを得る。レーダによる観測データは画像再生により画像化される。なお、図６において、図１と同一の構成要素には、同一の符号を付して説明を省略する。
【００５２】
画像レーダ装置１Ａは、実施の形態１の画像レーダ装置１とは異なる動揺補償部１０Ａと、処理時間上限値格納部１４を備える。
動揺補償部１０Ａは、図１のアップサンプル率算出部１０ｂの代わりに時間参照アップサンプル率算出部１０ｅを備えている。
時間参照アップサンプル率算出部１０ｅは、この発明におけるアップサンプル率算出部に相当する構成要素であり、画質劣化許容値を基に算出したアップサンプル率Ｕを、動揺補償の処理時間の上限値を超えないようにアップサンプル率Ｕを調整する。
【００５３】
処理時間上限値格納部１４は、時間参照アップサンプル率算出部１０ｅからデータ読み出し可能に設けられた記憶部である。処理時間上限値格納部１４には、ユーザにより指定された動揺補償の処理時間の上限値と、画質劣化許容値および動揺補償の処理時間の上限値のうち、いずれを優先するかが指定される優先フラグが格納される。
【００５４】
直線軌道算出部３、軌道間距離算出部５、動揺補償部１０Ａおよび画像再生部１２は、例えば、プロセッサがメモリに記憶されたプログラムを実行することにより実現される。
また、複数のプロセッサおよび複数のメモリが連動して上記機能を実行してもよい。
【００５５】
実観測軌道格納部２、直線軌道格納部４、軌道間距離格納部６、観測データ格納部７、レーダ諸元格納部８、画質劣化許容値格納部１１、画像格納部１３および処理時間上限値格納部１４は、画像レーダ装置１Ａが備えるハードディスク装置などの記憶装置に構築される。記憶装置としては、ＳＤカード、ＵＳＢメモリなどであってもよく、通信によりデータの読み書きが可能な外部の記憶装置であってもよい。
【００５６】
次に動作について説明する。
図７は、実施の形態２に係る画像レーダ装置１の動作を示すフローチャートであって、観測データを画像再生するまでの処理を示している。なお、図７におけるステップＳＴ１からステップＳＴ４までの処理、ステップＳＴ６からステップＳＴ８までの処理は、図２と同様であるので説明を省略する。
【００５７】
ステップＳＴ５ａにおいて、時間参照アップサンプル率算出部１０ｅは、図２のステップＳＴ５と同様に、画質劣化許容値に収まるようにアップサンプル率Ｕを算出した後に、動揺補償の処理時間の上限値と観測データのデータサイズとに基づいて、アップサンプル率Ｕを調整する。以下、アップサンプル率Ｕの調整処理について説明する。
【００５８】
まず、時間参照アップサンプル率算出部１０ｅは、動揺補償の処理時間とアップサンプル率との対応表を参照することで、画質劣化許容値を基に算出したアップサンプル率Ｕで観測データがアップサンプルされた場合における動揺補償の処理時間を特定する。
動揺補償の処理時間とアップサンプル率との対応表は、本発明の画像レーダ装置１Ａで用いるＣＰＵなどの計算機性能ごとに事前に作成されたテーブルデータである。
このテーブルデータには、観測データのレンジ方向のサンプリング点数に対するアップサンプル率Ｕと動揺補償に要する処理時間との対応関係が示されている。
【００５９】
画質劣化許容値を基に算出されたアップサンプル率Ｕでの処理時間Ｔ’は下記式（９）から求めることができる。
ただし、上記対応表に記載されるサンプリング点数をＮとする。この対応表に記載されるアップサンプル率のうち、アップサンプル率Ｕに最も近いアップサンプル率をＵ’とする。また、上記対応表に記載されるアップサンプル率Ｕ’に対応する処理時間をＴ、観測データのレンジ方向のサンプリング点数をｎｒ、送受信パルス数をｎａとする。
Ｔ’＝ＴＵｎｒｎａ／（Ｕ’Ｎ）      ・・・（９）
【００６０】
ここで、処理時間Ｔ’が処理時間の上限値Ｔｕを超えない場合、もしくは処理時間の上限値Ｔｕを超えるが優先フラグで画質劣化許容値が優先されている場合、時間参照アップサンプル率算出部１０ｅは、画質劣化許容値を基に算出したアップサンプル率Ｕを最終的な算出結果として出力する。
一方、処理時間Ｔ’が処理時間の上限値Ｔｕを超え、かつ優先フラグで処理時間が優先されている場合、時間参照アップサンプル率算出部１０ｅは、処理時間の上限値Ｔｕから下記式（１０）を用いてアップサンプル率Ｕを再度算出し、このアップサンプル率Ｕを、最終的な算出結果とする。
Ｕ＝ＴｕＵ’Ｎ／（Ｔｎｒｎａ）      ・・・（１０）
【００６１】
以上のように、実施の形態２に係る画像レーダ装置１Ａは、動揺補償部１０Ａとして、位相補償部１０ａ、時間参照アップサンプル率算出部１０ｅ、観測データアップサンプル部１０ｃ、ニアレストネイバー補間部１０ｄを備える。
時間参照アップサンプル率算出部１０ｅは、レンジ分解能劣化許容値、アジマス分解能劣化許容値およびＳＮＲ劣化許容値からなる画質劣化許容値とレーダの諸元とから、画質劣化許容値に収まるように観測データのアップサンプル率Ｕを算出する。そして、算出したアップサンプル率Ｕで観測データをアップサンプルした場合における動揺補償の処理時間が予め定められた上限値を超えないようにアップサンプル率Ｕを調整する。
このように構成することにより、ユーザが、観測データの補間のパラメータを指定することなく画質劣化許容値と処理時間の上限値をパラメータとして指定して動揺補償を行うことができる。
【００６２】
また、実施の形態２における時間参照アップサンプル率算出部１０ｅは、画質劣化許容値および動揺補償の処理時間の上限値のうち、いずれを優先するかが指定される優先フラグを参照し、優先フラグに画質劣化許容値を優先することが指定されていると、画質劣化許容値に収まるように算出したアップサンプル率Ｕで観測データがアップサンプルされた場合における動揺補償の処理時間が上限値Ｔｕを超える場合であっても、当該アップサンプル率Ｕを算出結果として出力する。
これにより、ユーザが、優先フラグによるフラグ情報によって画質劣化許容値および動揺補償の処理時間の上限値のうち、いずれを優先するかを指定することができる。
【００６３】
なお、本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】
１，１Ａ  画像レーダ装置、２  実観測軌道格納部、３  直線軌道算出部、４  直線軌道格納部、５  軌道間距離算出部、６  軌道間距離格納部、７  観測データ格納部、８  レーダ諸元格納部、９  レンジ圧縮部、１０，１０Ａ  動揺補償部、１０ａ  位相補償部、１０ｂ  アップサンプル率算出部、１０ｃ  観測データアップサンプル部、１０ｄ  ニアレストネイバー補間部、１０ｅ  時間参照アップサンプル率算出部、１１  画質劣化許容値格納部、１２  画像再生部、１３  画像格納部、１４  処理時間上限値格納部。
【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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