(57)【要約】【課題】合成開口レーダ装置による移動体検出において、検出した移動体の真の位置を道路地図上に表示する。【解決手段】合成開口レーダ装置を搭載したプラットフォームの進行方向と並行に配置された２台のアンテナにより取得したレーダ画像の差分画像に基づき検出した目標の位置を道路地図上に表示する位置推定装置であって、ドップラシフトによる目標の位置のずれ量を算出し目標の位置を補正する補正部と、補正後の目標の位置を中心に所定の距離の範囲内に存在する道路を道路地図から検出する道路検出部と、検出した道路の中から、補正後の目標の位置を基準に、プラットフォームの進行方向にあって至近距離の道路を検出する距離比較部と、検出した道路上の位置を真の目標の位置として道路地図上に表示する表示部から構成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
合成開口レーダ装置を搭載したプラットフォームの進行方向と並行に配置された２台のアンテナにより取得したレーダ画像に基づき目標を検出し、前記目標の位置を取得する目標検出部と、
ドップラシフトによる前記目標の位置のずれ量を算出し、前記ずれ量を用いて前記目標の位置を補正する補正部と、
デジタル道路地図を記憶する記憶装置と、
前記補正後の目標の位置を中心として所定の距離の範囲内に存在する道路を前記デジタル道路地図から検出する道路検出部と、
前記道路検出部で検出した道路の中から、前記補正後の目標の位置を基準に、前記プラットフォームの進行方向と平行な方向にあって、最も距離の近い道路の位置座標を検出する距離比較部と、
前記距離比較部で検出した前記位置座標を、前記目標の真の位置座標として前記デジタル道路地図上に表示する表示部と、
から構成されることを特徴とする位置推定装置。
【請求項２】
前記目標は前記デジタル道路地図の道路上を移動する移動体であることを特徴とする請求項１記載の位置推定装置。
【請求項３】
前記レーダ画像は、同一位置から同一地域を、前記２台のアンテナにより所定の時間間で取得した２枚のレーダ画像であることを特徴とする請求項１、２いずれか記載の位置推定装置。
【請求項４】
合成開口レーダ装置を搭載したプラットフォームの進行方向と並行に配置された２台のアンテナと、
高周波パルス信号を生成し前記アンテナに送信すると共に、前記アンテナで受信した観測領域からの反射信号である高周波パルス信号を増幅する送受信部と、
前記プラットフォームの速度、高度の情報をセンサで検出する飛行情報検出部と、
前記送受信部から入力した高周波パルス信号と、前記飛行情報検出部から入力したプラットフォームの速度、高度の情報に基きレーダ画像を再生する画像再生処理部と、
前記レーダ画像に基づき目標を検出し、前記目標の位置を取得する目標検出部と、
ドップラシフトによる前記目標の位置のずれ量を算出し、前記ずれ量を用いて前記目標の位置を補正する補正部と、
デジタル道路地図を記憶する記憶装置と、
前記補正後の目標の位置を中心として所定の距離の範囲内に存在する道路を前記デジタル道路地図から検出する道路検出部と、
前記道路検出部で検出した道路の中から、前記補正後の目標の位置を基準に、前記プラットフォームの進行方向と平行な方向にあって、最も距離の近い道路の位置座標を検出する距離比較部と、
前記距離比較部で検出した前記位置座標を、前記目標の真の位置座標として前記デジタル道路地図上に表示する表示部と、
から構成されることを特徴とする合成開口レーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、合成開口レーダ装置により移動体を検出し、検出した移動体の位置情報を精度よく取得する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、合成開口レーダ装置を用いた位置推定技術として、アンテナ開口を移動方向に分割し、連続する２パルス間において等価的にアンテナが静止した状態を作り出し、得られたレーダ画像の差分を算出し、静止目標からのクラッタを抑圧する技術（Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ Ａｐｅｒｔｕｒｅ Ｒａｄａｒ Ｍｏｖｉｎｇ Ｔａｒｇｅｔ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ：以下、ＳＡＲ−ＭＴＩという）が提案されている（例えば、非特許文献１）。
また、同じく合成開口レーダ装置を用いた位置推定技術として、ドップラシフトによる移動目標のアジマス方向の位置ずれを解消する移動目標検出装置が提案されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２５６４４７号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】諏訪啓．複数開口SAR-MTI方式におけるレンジ方向目標速度推定方式．2013年電子情報通信学会総合大会講演論文集．2013、B-2-15．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のＳＡＲ−ＭＴＩについて簡単に説明する。ＳＡＲ−ＭＴＩは、同一位置から同一地域を１パルス間隔分ずれた時刻に撮像した２枚のレーダ画像を用い、この２枚のレーダ画像の差分を算出することで、静止目標からのクラッタを抑圧して、撮像したレーダ画像から目標である移動体の検出を行う。
図３は、合成開口レーダ装置を用いて移動体を観測するときの一例を示した観測ジオメトリ図である。図３では、合成開口レーダ装置を搭載したプラットフォーム（以下、プラットフォーム）の進行方向１１０をアジマス方向とし、進行方向１１０を正方向とする。また、レンジ方向はアジマス方向に対して垂直な方向とし、プラットフォームから遠ざかる方向を正方向とする。移動体がレンジ方向に速度成分Ｖｔｇｔを有している場合、ドップラシフトにより、レーダ画像上で本来存在する位置からアジマス方向にずれてレーダ画像上に表示される。この時のドップラシフト量は以下の式（１）で算出される。
【０００６】
【数１】
2016173239.tif 000003
【０００７】
ここで、Ｖｔｇｔは移動体の速度、Ｖｐｌｔはプラットフォームの速度、Ｒは移動体までのスラントレンジ距離、θはオフナディア角である。
【０００８】
図４は、ＳＡＲ−ＭＴＩにおいて検出した移動体のドップラシフトの例を示す図である。図４に示すように、ＳＡＲ−ＭＴＩにおいて検出した移動体の位置Ｋ’ａは、移動体のレンジ方向の速度成分Ｖｔｇｔに応じ、アジマス方向にずれて表示される。そこで、従来、アジマス方向のずれに関して移動体の速度Ｖｔｇｔを推定し、式（１）によりドップラシフト量を算出することで、アジマス方向のずれの補正を行っていた。
【０００９】
しかしながら、信号処理時の雑音によっても推定精度誤差等が発生するため、推定する移動体の速度Ｖｔｇｔにも誤差が生じる。
このためドップラシフト量を補正した移動体の位置にも誤差が生じ、地図上に移動体の位置を表示した際に、真の位置に表示されないという課題があった。
【００１０】
この発明は係る課題を解決するためになされたものであり、合成開口レーダ装置による目標の位置の精度を向上させると共に、地図上に、目標の位置をより精度よく表示可能な位置推定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明に係る位置推定装置は、合成開口レーダ装置を搭載したプラットフォームの進行方向と並行に配置された２台のアンテナにより取得したレーダ画像に基づき目標を検出し、前記目標の位置を取得する目標検出部と、ドップラシフトによる前記目標の位置のずれ量を算出し、前記ずれ量を用いて前記目標の位置を補正する補正部と、デジタル道路地図を記憶する記憶装置と、前記補正後の目標の位置を中心として所定の距離の範囲内に存在する道路を前記デジタル道路地図から検出する道路検出部と、前記道路検出部で検出した道路の中から、前記補正後の目標の位置を基準に、前記プラットフォームの進行方向と平行な方向にあって、最も距離の近い道路の位置座標を検出する距離比較部と、前記距離比較部で検出した前記位置座標を、前記目標の真の位置座標として前記デジタル道路地図上に表示する表示部とから構成される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る位置推定装置によれば、合成開口レーダ装置により推定する目標位置の精度を改善し、地図上に、目標の位置を精度よく表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１に係る合成開口レーダ装置１と、位置推定装置２の構成を表す図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る移動体のドップラシフト補正後の位置誤差補正の例を示す図である。
【図３】合成開口レーダ装置を用いて移動体を観測するときの一例を示す観測ジオメトリを示す図である。
【図４】ＳＡＲ−ＭＴＩにおける、移動体検出処理後の差分画像の例を示す図である。
【図５】ＳＡＲ−ＭＴＩにおける、移動体のドップラシフト補正後の位置誤差を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１に係る位置推定装置について、図を用いて説明する。
【００１５】
図１は、本発明の実施の形態１に係る合成開口レーダ装置１と、合成開口レーダ装置１の一構成要素である位置推定装置２の構成を示した図である。図３は先述の通り、合成開口レーダ装置を用いて移動体を観測するときの一例を示す観測ジオメトリを示す図であり、図５はＳＡＲ−ＭＴＩにおける、移動体のドップラシフト補正後の位置誤差を説明する図である。
【００１６】
合成開口レーダ装置１は、例えば図示しない航空機や人工衛星などに搭載され、アンテナ３ａ、３ｂ、送受信部４、飛行機情報検出部５、画像再生処理部６、本発明に係る位置推定装置２、表示部１７を備える。
ここで、位置推定装置２は、移動体検出部８、速度推定部９、ドップラシフト補正部１０、デジタル道路地図１２を備えた記憶装置１１、座標検出部１３、道路検出部１４、距離比較部１５、位置補正部１６、表示部１７から構成される。
以下、各々の構成についてその動作を説明する。
【００１７】
アンテナ３ａ、３ｂは、共に、観測領域に向けて高周波パルス信号を照射することが可能であり、観測領域から反射された前記高周波パルス信号を受信することが可能なアンテナである。
本実施の形態に係るアンテナは、同一位置から同一地域を１パルス間隔分ずれた時刻に取得した２枚のレーダ画像を得るために２つのアンテナ３ａ、３ｂを使用しており、アンテナ３ａ、３ｂは、プラットフォームの進行方向１１０と並行になるように配置される。
【００１８】
送受信部４は高周波パルス信号を生成しアンテナ３ａ、３ｂへ送信すると共に、アンテナ３ａ、３ｂで受信した観測領域からの反射信号である高周波パルス信号を増幅する。そして、増幅後の高周波パルス信号を、画像再生処理部６に送信する。
【００１９】
飛行情報検出部５は、プラットフォームの速度、高度、位置、姿勢等の情報を動揺センサにて検出し、画像再生処理部６に送信する。
【００２０】
画像再生処理部６は、送受信部４から入力した増幅された高周波パルス信号、及び、飛行情報検出部５から入力したプラットフォームの速度、高度、位置、姿勢等の情報に基き、２次元の高分解能画像であるレーダ画像７ａ、７ｂを再生する。なお、画像再生処理部６で行うレーダ画像７ａ、７ｂの再生処理の原理や手法については従来の文献等で知られているものであり、ここではその説明を省略する。
【００２１】
レーダ画像７ａ、７ｂは、それぞれアンテナ３ａ、３ｂからの高周波パルス信号を基に、画像再生処理部６から生成された画像データであり、２つの画像は同一位置から同一地域を１パルス間隔分ずれた異なる時刻で取得したものである。また、レーダ画像７ａ、７ｂは複素データから成る画素で構成されている。
【００２２】
位置推定装置２の構成要素である移動体検出部８は、レーダ画像７ａ、７ｂの複素差分を取り、静止目標からのクラッタを抑圧することにより、より正確に移動体を検出することができる。
【００２３】
図４は、先述の通りＳＡＲ−ＭＴＩにおいて検出した移動体のドップラシフトの例を示す図であり、移動体検出部８による移動体検出処理後の差分画像１００の一例である。
ここで、移動体検出部８によって検出した移動体の位置Ｋ’ａは、レンジ方向の速度成分Ｖｔｇｔを有している。そのため、検出した移動体の位置Ｋ’ａは、ドップラシフトにより、真の移動体の位置Ｍ1からアジマス方向にずれて表示されるという問題がある。
【００２４】
まず、速度推定部９は、移動体検出部８で検出したレーダ画像７ａに表示されている移動体と、レーダ画像７ｂに表示されている移動体の位相差から、以下の式（２）によって移動体のレンジ方向の速度Ｖｔｇｔを推定する。
【００２５】
【数２】
2016173239.tif 000004
【００２６】
ここで、λは高周波パルス信号の波長、φはレーダ画像７ａ、７ｂ間の移動体の位相差、Ｌはアンテナ３ａ、３ｂの間のベースライン長、θはオフナディア角である。
【００２７】
ドップラシフト補正部１０は、速度推定部９で推定した移動体の速度Ｖｔｇｔを基に、ドップラシフト量を式（１）により算出する。
【００２８】
【数１】
2016173239.tif 000005
【００２９】
そして、算出したドップラシフト量に応じて移動体の位置Ｋ’ａをアジマス方向に補正する。
ここで、速度推定部９で推定した移動体のレンジ方向の速度Ｖｔｇｔは、前述の通り、信号処理時の雑音によって推定精度誤差等が発生するため、推定する移動体の速度Ｖｔｇｔにも誤差を含んでいる。このため、式（３）で求めたドップラシフト量にも誤差が生じ、ドップラシフト補正後の移動体の位置も、真の移動体の位置Ｍ１に対し誤差を含むこととなる。
そこで、本実施の形態に係る位置推定装置では、更に以下の処理を行う。
【００３０】
記憶装置１１は、内部にデジタル道路地図１２を記憶している。デジタル道路地図１２は、一般的な地理情報や道路の情報等が含まれている地図であり、電子的に処理可能な数値情報として、道路の位置が二次元座標で含まれているものである。
【００３１】
座標検出部１３は、ドップラシフト補正部１０でドップラシフトを補正した後の移動体の位置Ｋａの座標Ｋａ(Ｘａ,Ｙａ)を検出する。
そして、座標検出部１３は、記憶装置１１に記憶されているデジタル道路地図１２の座標上に、ドップラシフト補正後の位置Ｋａ(Ｘａ,Ｙａ)をプロットする処理を行う。
【００３２】
次に道路検出部１４は、座標検出部１３がデジタル道路地図１２にプロットした、ドップラシフト補正後の移動体の位置Ｋａの座標Ｋａ(Ｘａ,Ｙａ)を中心として、所定の距離以内に存在する道路を検出する処理を行う。なお、所定の距離は入力手段により本装置の操作者が入力可能である。
【００３３】
距離比較部１５は、道路検出部１４で検出した道路と、ドップラシフト補正後の移動体の位置Ｋａとの距離を比較することにより、ドップラシフト補正後の移動体の位置Ｋａから最も距離の近い道路を検出する処理を行う。
ここで、最も距離の近い道路の検出にあたっては、ドップラシフトによる移動体の真の位置からのずれはアジマス上で発生することから、ドップラシフト補正後の移動体の位置Ｋａを基準にアジマス方向、すなわちプラットフォームの進行方向に平行な方向にある道路で最も距離の近い道路を検出する。ここで、移動体は道路上を走行する移動体であって、例えば車両である。
【００３４】
次に位置補正部１６は、アジマス方向にあって、距離比較部１５で検出したドップラシフト補正後の移動体の位置Ｋａに最も距離の近い道路上の座標Ｍ1(Ｘ1,Ｙ1)に、前記移動体Ｋａの位置座標Ｋａ(Ｘａ,Ｙａ)を補正する処理を行う。
【００３５】
表示部１７は、位置補正部１６から出力された位置座標Ｍ1(Ｘ1,Ｙ1)を、移動体の真の位置として認識しデジタル道路地図上に表示する。
【００３６】
以下では、本実施の形態に係る移動体推定装置２の具体的な動作について説明する。
【００３７】
ドップラシフト補正部１０は、移動体検出部８で検出した移動体の位置Ｋ’ａに対し、ドップラシフト補正部１０で算出したドップラシフト量に応じて移動体の位置をアジマス方向に補正することで、ドップラシフト補正後の移動体の位置Ｋａを算出する（図５）。
この際、検出した移動体のレンジ方向の速度成分Ｖｔｇｔがプラットフォームに近づく方向の場合は、検出した移動体の表示位置Ｋ’ａがプラットフォームの進行方向１１０と同方向にずれて表示されるため、前記表示位置Ｋ’ａをプラットフォームの進行方向１１０と逆方向に、ドップラシフト量に応じて移動体の位置Ｋ’ａの補正を行う。
一方、プラットフォームから遠ざかる方向の場合は、検出した移動体の表示位置Ｋ’ａがプラットフォームの進行方向１１０と逆方向にずれて表示されるため、前記表示位置Ｋ’ａをプラットフォームと同方向に、ドップラシフトに応じて移動体の位置Ｋ’ａの補正を行う。
【００３８】
座標検出部１３以降の処理を、図２の例を用いて説明する。
図２は、本発明の実施の形態１に係る移動体のドップラシフト補正後の位置誤差補正の例を示す図である。座標検出部１３は、ドップラシフト補正部１０で補正した補正後の移動体の位置座標Ｋａ(Ｘａ,Ｙａ)を検出し、デジタル道路地図１２上にプロットする。
【００３９】
道路検出部１４は、デジタル道路地図１２上の同一座標にプロットした移動体の位置座標Ｋａ(Ｘａ,Ｙａ)に基づいて、位置座標Ｋａ(Ｘａ,Ｙａ)から所定の距離以内に存在する道路を検出する。所定の距離は、ユーザがキーボード等の入力手段により任意に設定可能な数値である。
【００４０】
次に距離比較部１５は、道路検出部１４で検出した道路の各候補に対し、ドップラシフト補正後の移動体の位置座標Ｋａ(Ｘａ,Ｙａ)と隣接する道路との距離を比較する。比較の結果、距離比較部１５は、前記移動体の位置座標Ｋａ(Ｘａ,Ｙａ)から最も距離の近い道路を検出する。
ここで、ドップラシフトによる移動体の真の位置からのずれはアジマス方向、すなわち合成開口レーダ装置を搭載したプラットフォームの進行方向で発生する。このため、距離を比較する対象となる道路は、移動体の位置を中心として、移動体と同じアジマス軸上の正負方向にある隣接する道路となる。  アジマス軸上の正負方向にある隣接するおのおのの道路までの距離ｒａ2、ｒａ1の比較は以下の式（３）、式（４）により行う。
【００４１】
【数３】
2016173239.tif 000006
【００４２】
ここで、ｒａ1、ｒａ2は、Ｋａ(Ｘａ,Ｙａ)と、道路上の点Ｍ1(Ｘ1、Ｙ1)と、点Ｍ２(Ｘ2、Ｙ2)から、以下の式（５）、式（６）より求めることができる。
【００４３】
【数４】
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【００４４】
式（３）が成立する場合、ｒａ1＞ｒａ2となり、道路上の点Ｍ1(Ｘ1、Ｙ1)が存在する隣接する道路が最も近くにある道路となる。
一方、式（４）が成立する場合、ｒａ1＜ｒａ2となり、道路上の点Ｍ２(Ｘ２、Ｙ２)が存在する隣接する道路が最も近くにある道路となる。
図２の例では、ｒａ1＜ｒａ2であるので、検出した移動体の左側にある道路が最も近くにある道路として検出される。
位置補正部１６は、距離比較部１５で最も距離の近いと判定された道路上にあり、移動体と同じアジマス軸上にある点、Ｍ1(Ｘ1,Ｙ1)に、Ｋａ(Ｘａ,Ｙａ)の位置座標をプロットし、表示部１７へ出力する。
表示部１７は、位置補正部１６から出力された位置座標Ｍ1(Ｘ1,Ｙ1)をデジタル道路地図１２上に表示する。
【００４５】
このように、本実施の形態による位置推定装置によれば、合成開口レーダ装置により推定する目標の位置精度を改善し、地図上に、目標の位置を精度よく表示することができる。この発明に係る位置推定装置は、航空測量や、交通量調査等に使用可能であり、汎用性が高い。
なお、本発明に係る位置推定装置は同様の方法によりレンジ方向に適用することもできる。
【符号の説明】
【００４６】
１  合成開口レーダ装置、２  位置推定装置、３ａ  アンテナ、３ｂ  アンテナ、４  送受信部、５  飛行情報検出部、６  画像再生処理部、７ａ  レーダ画像、７ｂ  レーダ画像、８  移動体検出部、９  速度推定装部、１０  ドップラシフト補正部、１１  記憶装置、１２  デジタル道路地図、１３  座標検出部、１４  道路検出部、１５  距離比較部、１６  位置補正部、１７  表示部、１８  道路、１００  移動体検出処理後の差分画像、１１０  プラットフォーム進行方向、１２０  ドップラシフト補正後の位置と真の移動体の位置との誤差
【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】
2016173239.tif 000012