(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
観測目標に反射された信号を受信する受信手段と、上記受信手段と観測目標の距離の変化に相当する位相補償を上記受信手段の受信信号に行う第１の補償手段と、レーダプラットフォームの軌道と観測目標の位置を考慮して、上記第１の補償手段による補償後の受信信号に含まれるレーダプラットフォームが曲線上を移動することによる位相誤差を補償する第２の補償手段と、上記第２の補償手段による補償後の受信信号から観測目標の電波画像を再生する再生手段とを備えた目標観測装置。
【請求項２】
第２の補償手段は、第１の補償手段による補償後の受信信号に含まれる位相誤差のうち、観測目標のアジマス方向の位相誤差が変化しないものとして、その受信信号に含まれる位相誤差を補償することを特徴とする請求項１記載の目標観測装置。
【請求項３】
再生手段が受信信号をレンジ方向にフーリエ変換するレンジフーリエ変換手段と、その受信信号をアジマス方向にフーリエ変換するアジマスフーリエ変換手段とを備えている場合、上記レンジフーリエ変換手段と上記アジマスフーリエ変換手段の間に第２の補償手段を挿入することを特徴とする請求項１記載の目標観測装置。
【請求項４】
アンテナが観測目標に反射された信号を受信すると、そのアンテナと観測目標の距離の変化に相当する位相補償を当該受信信号に行うとともに、レーダプラットフォームの軌道と観測目標の位置を考慮して、上記補償後の受信信号に含まれるレーダプラットフォームが曲線上を移動することによる位相誤差を補償し、補償後の受信信号から観測目標の電波画像を再生する目標観測方法。
【請求項５】
レーダプラットフォームの軌道と観測目標の位置を考慮して、補償後の受信信号に含まれるレーダプラットフォームが曲線上を移動することによる位相誤差を補償する際、上記補償後の受信信号に含まれる位相誤差のうち、観測目標のアジマス方向の位相誤差が変化しないものとして、その受信信号に含まれる位相誤差を補償することを特徴とする請求項４記載の目標観測方法。
【請求項６】
受信信号から観測目標の電波画像を再生するに際して、その受信信号をレンジ方向にフーリエ変換するレンジフーリエ変換処理と、その受信信号をアジマス方向にフーリエ変換するアジマスフーリエ変換処理とを実施する場合、そのレンジフーリエ変換処理とアジマスフーリエ変換処理の間に、補償後の受信信号に含まれるレーダプラットフォームが曲線上を移動することによる位相誤差の補償処理を実施することを特徴とする請求項４記載の目標観測方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、遠方の目標を観測して、その目標の電波画像を再生する目標観測装置及び目標観測方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図８は例えば特許公報第２６６９２３６号に示された従来の目標観測装置を示す構成図であり、図において、１は送受信アンテナ、２は送受信アンテナ１から観測目標に向けてチャープ信号を送信させる一方、観測目標に反射されたチャープ信号を受信して復調する送受信機、３は送受信機２の受信信号の座標系を極座標から直交座標に変換する極−直交変換部であり、極−直交変換部３は座標系を変換する際、送受信アンテナ１と観測目標のなす相対角度と瞬時送信周波数に基づいて受信信号を補間する処理を実行する。４は受信信号をレンジ方向にフーリエ変換するレンジフーリエ変換部、５は受信信号をアジマス方向にフーリエ変換するアジマスフーリエ変換部である。
【０００３】
図９は従来の目標観測装置による観測のジオメトリを示す説明図であり、図において、１１は観測目標、１２は観測目標１１上の反射点、１３は観測目標１１の回転中心である。
図１０は従来の目標観測装置における極−直交変換部３の動作を説明する説明図であり、図において、１４は極−直交変換部３の入力信号が配置される領域、１５は極−直交変換部３の出力信号が配置される領域である。
また、図１１は従来の目標観測装置における極−直交変換部３の入力信号が配置される周波数空間を示す説明図であり、図１２は従来の目標観測装置における送受信機２が発生する高周波パルスを変調するチャープ信号を説明する説明図である。
【０００４】
次に動作について説明する。
まず、送受信機２は、図１２に示すように、高周波パルスを時間と共に周波数が変化する信号、即ち、チャープ信号に変調して、送受信アンテナ１から放射させる。
【０００５】
観測目標１１に反射されたチャープ信号は、再び送受信アンテナ１により受信され、送受信機２が当該チャープ信号を復調する。これを一定の時間間隔で繰り返すと、受信信号Ｇ（ｓ，ｔ）が得られる。ここで、ｓは送信パルス毎に、その送信パルスの立上がりから測ったパルス内の時間（ファーストタイム）、ｔは送信パルスの繰り返しを示す最初のパルスの立上がりから測った観測時間（スロータイム）である。なお、受信信号Ｇ（ｓ，ｔ）は位相情報を含む複素数であり、一般に次の式（１）で表される。
【数１】
0003734729.tif 000002
ただし、Ａは受信信号Ｇ（ｓ，ｔ）の振幅、φは位相である。
【０００６】
この受信信号Ｇ（ｓ，ｔ）は、極−直交変換部３により座標系が変換されたのち、レンジフーリエ変換部４及びアジマスフーリエ変換部５によって処理され、画像再生がなされる。以下、この観測目標の画像再生の原理を簡単に説明する。
【０００７】
例えば、図９に示すように、観測目標１１が回転運動をしていて、観測目標１１の上にある一定のレーダ断面積を有する反射点１２が存在するとすれば、回転中心１３で反射して受信される信号を基準とした反射点１２からの受信信号の位相φ（ｓ，ｔ）は次の式（２）で表せる。
【数２】
0003734729.tif 000003
ただし、ｆは瞬時送信周波数、ｆ0 は送信周波数の初期値、γは送信周波数の時間変化率、θtは目標の回転角、ｒ0 は反射点の回転半径、Ｃは光速、θ0 は反射点の初期角度である。なお、γは十分大きく、パルス内での孤立反射点の移動は無視できるものとしている。
【０００８】
パルス内時間ｓは、送信信号がチャープ変調されているため送信周波数による位相の変化に対応する。また、観測時間ｔは、目標の角度の変化に伴う位相の変化に対応する。従って、式（２）は送信周波数と目標の角度の変化と受信信号の位相の関係を表わしている。
ここで、次の式（３），式（４）で表わされる変数ｒ，θを導入する。式（３）おけるαはγから決まる定数で、次の式（５）で与えられる。
【数３】
0003734729.tif 000004
【０００９】
さらに、取り扱いを容易にするため、これらを用いて座標系Ｘｐ，Ｙｐの夫々を、式（６），式（７）のように定義する。
【数４】
0003734729.tif 000005
【００１０】
この座標系Ｘｐ，Ｙｐは、ｒ，θが受信信号の瞬時送信周波数ｆと目標の回転角度θtに対応していることから、目標の形状の空間周波数分布を示している。つまり、式（６）より、次の式（８）が得られる。
【数５】
0003734729.tif 000006
【００１１】
これを式（７），式（２）に代入して、次の式（９），式（１０）を得る。
【数６】
0003734729.tif 000007
ここで、式（９）を用いて次の式（１１）に示す結果を得る。
【数７】
0003734729.tif 000008
ｘ0 ，ｙ0 は反射点１２の初期座標であり、ｒ0，θ0との関係は、次の式（１２）で与えられる。
【数８】
0003734729.tif 000009
【００１２】
ところで、観測目標１１の画像を得るということは、観測目標１１の反射点１２のレーダ断面積の空間的な分布を知って、これを平面上にマッピングするということであるから、すべての反射点１２について式（１１）におけるｘ0 ，ｙ0 を求めることができれば、観測目標１１の画像を得られることになる。
【００１３】
ここで、γ，Ｃ，αは、予め与えられる定数であるので、式（１１）をＸｐで偏微分することにより、Ｙｐの項は消えてｘ0を求めることができる。
同様に、Ｙｐについて偏微分することにより、観測目標１１の上の反射点１２の初期座標ｘ0 ，ｙ0 を求めることができる。
【００１４】
これらの演算は、φ（ｘ，ｙ）が信号の位相を表わしていることから、観測目標１１上の反射点１２からの反射信号の位相の変化率と、この観測目標１１上の反射点１２の位置（座標）が１対１に決定されることを示しており、また、このφ（ｘ，ｙ）を用いて式（１）により、観測目標１１上の反射点１２のレーダ断面積に比例した信号の振幅が表わされているので、この位相変化率（周波数）に対応する信号成分を求めることにより、その反射点１２のレーダ断面積を求めることができることを示している。
従って、この位相の変化率に対応する信号成分を求める手段として、フーリエ変換を用いてｘ0 ，ｙ0 についての信号成分を求めることにより、観測目標１１上の反射点１２のレーダ断面積を求めることができる。
【００１５】
観測目標１１上の反射点１２が複数あるいは連続して存在するとき、重ね合せの原理により、それぞれの反射点１２について同様の演算を行えばよい。Ｘｐ，Ｙｐ座標系は空間周波数軸であるから、レンジ方向、即ちｙ方向の分布を求めるためにＹｐについてフーリエ変換し、次にアジマス方向、即ちｘ方向の分布を求めるためにＸｐについてフーリエ変換することによって、すべての反射点１２の空間位置及びレーダ断面積を求めることができる。
【００１６】
即ち、式（１）の受信信号Ｇ（ｓ，ｔ）を、式（６），式（７）で定義されるＸｐ−Ｙｐ平面に並べてＧ（Ｘｐ，Ｙｐ）とし、これを次の式（１３）に示すように２次元フーリエ変換を用い、Ｘｐ軸とＹｐ軸についてそれぞれ周波数変換を行うことによって、観測目標１１上の反射点１２の位置に比例した座標に目標のレーダ断面積分布、即ち、観測目標１１の画像ｇ（ｘ，ｙ）が得られる。
【数９】
0003734729.tif 000010
【００１７】
この様子を図１０および図１１に示す。図１０において、１４は極−直交変換部３が式（６），式（７）によりＸｐ，Ｙｐ座標系に変換した全受信信号のＸｐ−Ｙｐ平面における領域、１５は上記の領域１４に内接し、上記の式（１３）の変換がなされる矩形の領域である。
なお、この式（１３）の変換は、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）などの演算手段を用いて行うので、直角座標系上の矩形領域でなされ、その結果、領域１４のうち上記の矩形の領域１５からはみだす部分の信号は利用されずに捨てられることになる。
【００１８】
また、空間位置の分解能と空間周波数の幅は一対一に対応するので、画像の分解能Δｘ，Δｙは、領域１５のＸｐ方向の長さΔＸｐと、Ｙｐ方向の長さΔＹｐを用いて、それぞれ式（１４）,式（１５）で表され、上記の領域１５の大きさが分解能を決定する。
【数１０】
0003734729.tif 000011
【００１９】
ところで、図９の観測のジオメトリでは、送受信アンテナ１を固定して観測目標１１を回転させたが、図１３に示すように、観測目標１１を固定して送受信アンテナ１をｘ方向に移動させてもよい。この場合、送受信アンテナ１のｘ座標ｘＡと、回転中心１３までの最小距離Ｒ０を用いて、観測目標１１の回転角θｔを式（１６）で表すことができる。
【数１１】
0003734729.tif 000012
【００２０】
また、この場合には、送受信アンテナ１と回転中心１３の距離は、時間と共に変化するので、図１４の構成図に示すように、距離補償部６を追加して、式（１７）と式（１８）で表されるレンジビンおよび位相を受信信号から補償する。
【数１２】
0003734729.tif 000013
ただし、Δｒはレンジ分解能、λは波長である。
【００２１】
この結果、図１３の観測のジオメトリにおいても送受信アンテナ１を固定して観測目標１１を回転させることと等価な状態を作り出すことができて、図９の観測のジオメトリと同様に目標の高分解能画像を得ることができる。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
従来の目標観測装置は以上のように構成されているので、観測目標１１の回転軸がｘｙ平面に直交している必要がある。即ち、送受信アンテナ１を移動させる場合には、ｘｙ平面内を移動させる必要がある。
しかしながら、例えば、航空機搭載レーダにおいては、気流が乱れて前記の条件を満足しない場合がある。また、観測時間の長いレーダにおいては、軌道が地球の表面に沿って弧を描くため、図１３において紙面と直交する方向に軌道が曲がって、前記の条件を満足しない場合がある。
前記の条件を満足しない場合には、目標の画像が劣化する課題があった。
【００２３】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、送受信アンテナが曲線上を移動しても目標の高分解能画像を観測することができる目標観測装置及び目標観測方法を得ることを目的とする。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る目標観測装置は、受信手段と観測目標の距離の変化に相当する位相補償を受信手段の受信信号に行う第１の補償手段と、レーダプラットフォームの軌道と観測目標の位置を考慮して、第１の補償手段による補償後の受信信号に含まれるレーダプラットフォームが曲線上を移動することによる位相誤差を補償する第２の補償手段とを設けたものである。
【００２６】
この発明に係る目標観測装置は、補償手段が受信信号に含まれる位相誤差のうち、観測目標のアジマス方向の位相誤差が変化しないものとして、その受信信号に含まれる位相誤差を補償するようにしたものである。
【００２７】
この発明に係る目標観測装置は、再生手段が受信信号をレンジ方向にフーリエ変換するレンジフーリエ変換手段と、その受信信号をアジマス方向にフーリエ変換するアジマスフーリエ変換手段とを備えている場合、そのレンジフーリエ変換手段とアジマスフーリエ変換手段の間に第２の補償手段を挿入するようにしたものである。
【００２８】
この発明に係る目標観測方法は、アンテナが観測目標に反射された信号を受信すると、そのアンテナと観測目標の距離の変化に相当する位相補償を当該受信信号に行うとともに、レーダプラットフォームの軌道と観測目標の位置を考慮して、その補償後の受信信号に含まれるレーダプラットフォームが曲線上を移動することによる位相誤差を補償するようにしたものである。
【００３０】
この発明に係る目標観測方法は、受信信号に含まれる位相誤差のうち、観測目標のアジマス方向の位相誤差が変化しないものとして、その受信信号に含まれる位相誤差を補償するようにしたものである。
【００３１】
この発明に係る目標観測方法は、受信信号から観測目標の電波画像を再生するに際して、その受信信号をレンジ方向にフーリエ変換するレンジフーリエ変換処理と、その受信信号をアジマス方向にフーリエ変換するアジマスフーリエ変換処理とを実施する場合、そのレンジフーリエ変換処理とアジマスフーリエ変換処理の間に、補償後の受信信号に含まれるレーダプラットフォームが曲線上を移動することによる位相誤差の補償処理を実施するようにしたものである。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による目標観測装置を示す構成図であり、図において、２１は送受信アンテナ、２２は送受信アンテナ２１から観測目標に向けてチャープ信号を送信させる一方、観測目標に反射されたチャープ信号を受信して復調する送受信機である。なお、送受信アンテナ２１及び送受信機２２から受信手段が構成されている。
【００３３】
２３は送受信機２２から受信信号を受けると、送受信アンテナ２１と観測目標の距離の変化に相当するレンジビンと位相を補償する距離補償部である。なお、距離補償部２３は第１の補償手段を構成している。
２４は例えばＧＰＳ衛星からＧＰＳ情報を受信することにより、レーダプラットフォームの軌道を監視し、そのレーダプラットフォームの軌道と観測目標の位置を考慮して受信信号に含まれるレーダプラットフォームが曲線上を移動することによる位相誤差の補償量を算出する位相補償量算出部、２５は距離補償部２３から出力された受信信号の位相から位相補償量算出部２４により算出された補償量を差し引いて位相誤差を補償する位相補償部である。なお、位相補償量算出部２４及び位相補償部２５から第２の補償手段が構成されている。
【００３４】
２６は補償後の受信信号の座標系を極座標から直交座標に変換する極−直交変換部であり、極−直交変換部２６は座標系を変換する際、送受信アンテナ２１と観測目標のなす相対角度と瞬時送信周波数に基づいて受信信号を補間する処理を実行する。２７は受信信号をレンジ方向にフーリエ変換するレンジフーリエ変換部、２８は受信信号をアジマス方向にフーリエ変換するアジマスフーリエ変換部である。なお、極−直交変換部２６、レンジフーリエ変換部２７及びアジマスフーリエ変換部２８から再生手段が構成されている。
【００３５】
図２は図１の目標観測装置による観測のジオメトリを示す説明図であり、１１から１３に示す点は図１３に示す従来のジオメトリと同等である。ただし、以下では１２は点Ａ、１３は点Ｃと称する場合がある。
２１ａは軌道が直線の場合における送受信アンテナ２１の位置Ｓ、２１ｂは軌道が曲線を描く場合における送受信アンテナ２１の位置Ｑ、３１はレーダ観測における軌道の中央Ｐ、３２は軌道中央３１の直下の地表面上の点Ｏである。ただし、直線ＳＣは、直線ＱＣを三角形ＰＳＣを含む平面に投影したものとする。
【００３６】
さらに、以下の説明に用いる座標系を定義する。ＸＹＺは点Ｏを原点とし、鉛直線に沿って上向きをＺ軸とする。点Ｏを通ってＺ軸と直交する平面を考え、これに直線ＰＣを射影した軸をＹとする。Ｘ軸はＹ軸とＺ軸から右手系を構成するように決める。このとき、点Ｐを通ってＺ軸に直交する平面上で、Ｘ軸の方向から角度θだけ回転した軸をκとすると、先に導入したアンテナ位置２１ａは直線κ上に存在する。
同様に、ｘｙｚは点Ｃを原点とする座標系であり、ｚ軸は鉛直線に沿って上向きに定義される。点Ｃを通ってｚ軸と直交する平面を考え、これに直線ＰＣを射影した軸をｙとすると、ｘ軸はｙ軸とｚ軸から右手系を構成するように決められる。
【００３７】
次に動作について説明する。
まず、送受信機２２は、高周波パルスを時間と共に周波数が変化する信号、即ち、チャープ信号に変調して、送受信アンテナ２１から放射させる。
観測目標１１に反射されたチャープ信号は、再び送受信アンテナ２１により受信され、送受信機２２が当該チャープ信号を復調する。これを一定の時間間隔で繰り返すと、式（１）の受信信号Ｇ（ｓ，ｔ）が得られる。
距離補償部２３は、送受信機２２から受信信号を受けると、送受信アンテナ２１と回転中心１３の距離の時間変化に相当するレンジビンと位相を補償する。
以上の動作は図１４に示す従来の目標観測装置と同等である。
【００３８】
図１３に示す従来の目標観測装置による観測のジオメトリは２次元のモデルであるが、実際に例えば、航空機にレーダを搭載して観測する場合には図２に示すように３次元で考えなければならない。アンテナは直線κ上を移動するので、送受信アンテナ２１と目標中心点Ｃを結ぶ直線は平面ＰＳＣをなす。ここで、距離補償部２３は、送受信アンテナ２１と目標中心点Ｃの距離の時間変化に相当するレンジビンと位相を受信信号から補償するので、その結果として、点Ｃを通り平面ＰＳＣと直交する軸について回転する観測目標１１を点Ｐから観測するのと等価な受信信号が得られる。
これは図９に示す従来の目標観測装置による観測のジオメトリと等価である。即ち、平面βはｘｙ平面と一般に一致しないので、ｘｙ平面上の点は平面ＰＳＣに投影されて歪みを生じるが、画像の分解能が劣化することはない。
【００３９】
しかし、レーダプラットフォームが直線上からはずれて曲線上を移動すると、送受信アンテナ２１ｂと目標中心点Ｃを結ぶ直線の集合は一般に平面を形成しない。その結果、距離補償部２３の出力では、観測目標１１の回転軸の傾きが時間とともに変動するのと等価な受信信号が得られる。この場合、ｘｙ平面上の点は平面ＰＳＣに投影されて歪みを生じるだけでなく、画像の分解能が劣化する。
【００４０】
分解能の劣化を招く位相誤差は次の式で与えられる。
【数１３】
0003734729.tif 000014
ただし、ｆは瞬時送信周波数である。また、δは位相誤差の原因である距離の誤差であり、次の式で与えられる。
【数１４】
0003734729.tif 000015
ただし、“｜｜”はベクトルのユークリッドノルムを表し、“・”は内積を表している。
【００４１】
位相補償量算出部２４は、式（１９）に基づいて位相誤差を算出し、これを位相補償量として出力する。位相補償部２５は、この位相補償量を式（２１）に示すように受信信号Ｇ（ｓ，ｔ）の位相から差し引いて位相誤差を補償する。
【数１５】
0003734729.tif 000016
【００４２】
極−直交変換部２６は、位相誤差が補償された受信信号Ｇ（ｓ，ｔ）を、式（６），式（７）で定義されるＸｐ−Ｙｐ平面に並べてＧ（Ｘ，Ｙ）とする。
そして、レンジフーリエ変換部２７がＧ（Ｘ，Ｙ）をＹｐ軸についてフーリエ変換を実施し、アジマスフーリエ変換部２８がＸｐ軸についてフーリエ変換を実施することにより、観測目標１１上の反射点１２の位置に比例した座標に目標のレーダ断面積分布、即ち、観測目標１１の画像ｇ（ｘ，ｙ）を得る。
【００４３】
なお、位相補償部２５は、式（２１）に基づいて位相補償を実施するので、その位相補償量は目標の座標（ｘ、ｙ）毎に変化する。したがって、位相補償部２５以降の処理は、観測目標１１の画素数分だけ実施する必要がある。
【００４４】
この実施の形態１では、距離の誤差δを式（２０）を用いて算出するものについて示したが、次の式（２２）を用いて算出してもよい。式（２２）は観測目標１１の大きさが比較的小さく、送受信アンテナ２１から到来する電波伝播の波面が平面波として近似できる場合に成立する。
【数１６】
0003734729.tif 000017
【００４５】
図３はこの発明の実施の形態１による目標観測装置が適用する目標観測方法を示すフローチャートである。
以下、図３の内容を簡単に説明する。
まず、観測領域のレーダエコーを得て（ステップＳＴ１）、送受信アンテナ２１と観測領域中心の距離変化に相当するレンジビンと位相の変化を補償する（ステップＳＴ２）。次に、目標の座標の最小値を選択する（ステップＳＴ３）。
【００４６】
ここで、式（１９）と式（２０）または式（２２）に基づいて位相補償量を求め（ステップＳＴ４）、その位相補償量に基づいて受信信号を補償する（ステップＳＴ５）。また、式（６）と式（７）で定義される座標系において、受信信号を極座標系上の交点からデカルト座標系上の交点の値を補間する（ステップＳＴ６）。そして、レンジ方向とアジマス方向についてそれぞれフーリエ変換して画像を得る（ステップＳＴ７，ＳＴ８）。
【００４７】
さらに、レンジ方向の全ての点の画像を計算したか調べ（ステップＳＴ９）、まだであれば、目標のレンジ座標をインクリメントし（ステップＳＴ１１）、ステップＳＴ４からＳＴ９の処理を繰り返し実行する。同様にアジマス方向の全ての点の画像を計算したか調べ（ステップＳＴ１０）、まだであれば、目標のレンジ座標をインクリメントし（ステップＳＴ１２）、ステップＳＴ４からＳＴ１０の処理を繰り返し実行する。
なお、図４に示すように、ステップＳＴ２の処理をステップＳＴ５の処理が終えた後に実行するようにしてもよい。
【００４８】
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、レーダプラットフォームの軌道と観測目標１１の位置を考慮して受信信号に含まれる位相誤差を補償するように構成したので、送受信アンテナ２１が曲線上を移動しても目標の高分解能画像を観測することができる効果を奏する。
【００４９】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、位相誤差を式（１９）で与えるものについて示したが、この場合、位相誤差は目標の座標（ｘ、ｙ）毎に変化するため、位相補償部２５以降の処理を、観測目標１１の画素数分だけ実施する必要がある。
この実施の形態２では、位相誤差の変化が一般に目標のアジマスの座標ｘよりも、レンジの座標ｙによって大きく変化する特徴を利用して、位相補償量を目標のレンジの座標ｙだけの関数として算出する。
【００５０】
この実施の形態２では、位相補償量算出部２４が位相補償量を次の式（２３）を用いて算出する。
【数１７】
0003734729.tif 000018
ただし、δ’は位相誤差の原因である距離の誤差であり、ｘ＝０として次の式により与えられる。
【数１８】
0003734729.tif 000019
【００５１】
位相補償部２５は、位相補償量算出部２４により算出された位相補償量を次の式に示すように、受信信号Ｇ（ｓ，ｔ）の位相から差し引いて位相誤差を補償する。
【数１９】
0003734729.tif 000020
【００５２】
この場合、位相補償量は式（２５）に示すように目標のレンジの座標ｙ毎に変化し、アジマスの座標ｘ毎の変化は存在しない。したがって、位相補償部２５以降の処理は、画像のレンジの画素数分だけ実施すればよい。
【００５３】
この実施の形態２では、距離の誤差δを式（２４）を用いて算出するものについて示したが、次の式（２６）を用いて算出してもよい。式（２６）は観測目標１１の大きさが比較的小さく、送受信アンテナ２１から到来する電波伝播の波面が平面波として近似できる場合に成立する。
【数２０】
0003734729.tif 000021
【００５４】
図５はこの発明の実施の形態２による目標観測装置が適用する目標観測方法を示すフローチャートである。
以下、図５の内容を簡単に説明する。
まず、観測領域のレーダエコーを得て（ステップＳＴ１）、送受信アンテナ２１と観測領域中心の距離変化に相当するレンジビンと位相の変化を補償する（ステップＳＴ２）。次に、目標の座標の最小値を選択する（ステップＳＴ３’）。
【００５５】
ここで、式（２３）と式（２４）または式（２６）に基づいて位相補償量を求め（ステップＳＴ４’）、その位相補償量に基づいて受信信号を補償する（ステップＳＴ５’）。また、式（６）と式（７）で定義される座標系において、受信信号を極座標系上の交点からデカルト座標系上の交点の値を補間する（ステップＳＴ６）。そして、レンジ方向とアジマス方向についてそれぞれフーリエ変換して画像を得る（ステップＳＴ７，ＳＴ８）。
【００５６】
さらに、レンジ方向の全ての点の画像を計算したか調べ（ステップＳＴ９）、まだであれば、目標のレンジ座標をインクリメントし（ステップＳＴ１１）、ステップＳＴ４’からＳＴ９の処理を繰り返し実行する
【００５７】
以上で明らかなように、この実施の形態２によれば、受信信号に含まれる位相誤差のうち、観測目標のアジマス方向の位相誤差が変化しないものとして、その受信信号に含まれる位相誤差を補償するように構成したので、上記実施の形態１よりも演算量を削減することができる効果を奏する。
【００５８】
実施の形態３．
上記実施の形態１，２では、位相補償部２５を距離補償部２３と極−直交変換部２６の間に挿入するものについて示したが、図６に示すように、位相補償部２５をレンジフーリエ変換部２７とアジマスフーリエ変換部２８の間に挿入するようにしてもよい。
【００５９】
位相誤差の変化は一般に、ファーストタイムｓよりもスロータイムｔによって大きく変化するので、ファーストタイムｓの変化を無視してｓ＝０とすると、スロータイムｔはアジマスの空間周波数Ｘｐとの間に次の関係が成立する。
【数２１】
0003734729.tif 000022
ただし、ｆｃは搬送波周波数である。また、θｔは目標の回転角であり、例えば式（１６）で求められる。
【００６０】
そこで、位相誤差は次の式で与えることができる。
【数２２】
0003734729.tif 000023
ただし、δ”は位相誤差の原因である距離の誤差であり、次の式（２９）で与えられる。
【数２３】
0003734729.tif 000024
【００６１】
位相補償部２５は、この位相補償量を次の式（３０）に示すようにレンジフーリエ変換後の受信信号Ｈ（ｙ，Ｘｐ）の位相から差し引いて位相誤差を補償する。
【数２４】
0003734729.tif 000025
【００６２】
式（３０）を式（２５）と比較すると、位相補償量を算出するための変数が１つ減って、アジマスの空間周波数Ｘｐと目標のレンジの座標ｙの２つになっている。したがって、位相補償部２５をレンジフーリエ変換部２７とアジマスフーリエ変換部２８の間に配置することが可能になる。
この結果、位相補償部２５は１回だけ位相誤差を補償すればよい。
【００６３】
この実施の形態３では、距離の誤差δ”を式（２９）を用いて算出するものについて示したが、次の式（３１）を用いて算出してもよい。式（３１）は観測目標１１の大きさが比較的小さく、送受信アンテナ２１から到来する電波伝播の波面が平面波として近似できる場合に成立する。
【数２５】
0003734729.tif 000026
【００６４】
あるいはまた、距離の誤差δ”を次のようにして算出してもよい。
この実施の形態３では、位相補償後の受信信号Ｈ’（ｙ，Ｘｐ）をＸｐについてフーリエ変換することにより、画像のアジマス方向の空間分解能を向上している。従って、アジマス方向の空間分解能を劣化させるのは、Ｈ’をＸｐについて多項式展開した場合の２次以上の成分である。
そこで、特に２次以上でＮ次以下の成分について補償することを考え、距離の誤差δ”に代わって、次の式（３２）で与えられるδ’’’を用いる。
【数２６】
0003734729.tif 000027
【００６５】
ただし、ｆｎはδ”をＸｐについて多項式展開した場合のｎ次の係数で、次の式（３３）で表される。
【数２７】
0003734729.tif 000028
この結果、式（２９）や式（３１）よりも簡単な式で位相補償量を計算することが可能になる。
【００６６】
図７はこの発明の実施の形態３による目標観測装置が適用する目標観測方法を示すフローチャートである。
以下、図７の内容を簡単に説明する。
まず、観測領域のレーダエコーを得て（ステップＳＴ１）、送受信アンテナ２１と観測領域中心の距離変化に相当するレンジビンと位相の変化を補償する（ステップＳＴ２）。
【００６７】
次に、式（６）と式（７）で定義される座標系において、受信信号を極座標系上の交点からデカルト座標系上の交点の値を補間する（ステップＳＴ６）。そして、レンジ方向にフーリエ変換する（ステップＳＴ７）。
ここで、式（２８）と式（２９）または式（３１）または式（３２）に基づいて位相補償量を求め（ステップＳＴ４）、その位相補償量に基づいて受信信号を補償する（ステップＳＴ５）。
最後に、アジマス方向についてフーリエ変換して画像を得る（ステップＳＴ８）。
【００６８】
以上で明らかなように、この実施の形態３によれば、位相補償部２５をレンジフーリエ変換部２７とアジマスフーリエ変換部２８の間に挿入するように構成したので、位相補償部２５は１回だけ位相誤差を補償すれば足りる。したがって、上記実施の形態１よりも演算量を削減することができる効果を奏する。
【００６９】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、受信手段と観測目標の距離の変化に相当する位相補償を受信手段の受信信号に行う第１の補償手段と、レーダプラットフォームの軌道と観測目標の位置を考慮して、第１の補償手段による補償後の受信信号に含まれるレーダプラットフォームが曲線上を移動することによる位相誤差を補償する第２の補償手段とを設けように構成したので、送受信アンテナが曲線上を移動しても目標の高分解能画像を観測することができる効果がある。
【００７１】
この発明によれば、補償手段が受信信号に含まれる位相誤差のうち、観測目標のアジマス方向の位相誤差が変化しないものとして、その受信信号に含まれる位相誤差を補償するように構成したので、少ない演算量で目標の高分解能画像を観測することができる効果がある。
【００７２】
この発明によれば、再生手段が受信信号をレンジ方向にフーリエ変換するレンジフーリエ変換手段と、その受信信号をアジマス方向にフーリエ変換するアジマスフーリエ変換手段とを備えている場合、そのレンジフーリエ変換手段とアジマスフーリエ変換手段の間に第２の補償手段を挿入するように構成したので、少ない演算量で目標の高分解能画像を観測することができる効果がある。
【００７３】
この発明によれば、アンテナが観測目標に反射された信号を受信すると、そのアンテナと観測目標の距離の変化に相当する位相補償を当該受信信号に行うとともに、レーダプラットフォームの軌道と観測目標の位置を考慮して、その補償後の受信信号に含まれるレーダプラットフォームが曲線上を移動することによる位相誤差を補償するように構成したので、送受信アンテナが曲線上を移動しても目標の高分解能画像を観測することができる効果がある。
【００７５】
この発明によれば、受信信号に含まれる位相誤差のうち、観測目標のアジマス方向の位相誤差が変化しないものとして、その受信信号に含まれる位相誤差を補償するように構成したので、少ない演算量で目標の高分解能画像を観測することができる効果がある。
【００７６】
この発明によれば、受信信号から観測目標の電波画像を再生するに際して、その受信信号をレンジ方向にフーリエ変換するレンジフーリエ変換処理と、その受信信号をアジマス方向にフーリエ変換するアジマスフーリエ変換処理とを実施する場合、そのレンジフーリエ変換処理とアジマスフーリエ変換処理の間に、補償後の受信信号に含まれるレーダプラットフォームが曲線上を移動することによる位相誤差の補償処理を実施するように構成したので、少ない演算量で目標の高分解能画像を観測することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１による目標観測装置を示す構成図である。
【図２】  図１の目標観測装置による観測のジオメトリを示す説明図である。
【図３】  この発明の実施の形態１による目標観測装置が適用する目標観測方法を示すフローチャートである。
【図４】  この発明の実施の形態１による目標観測装置が適用する目標観測方法を示すフローチャートである。
【図５】  この発明の実施の形態２による目標観測装置が適用する目標観測方法を示すフローチャートである。
【図６】  この発明の実施の形態３による目標観測装置を示す構成図である。
【図７】  この発明の実施の形態３による目標観測装置が適用する目標観測方法を示すフローチャートである。
【図８】  従来の目標観測装置を示す構成図である。
【図９】  従来の目標観測装置による観測のジオメトリを示す説明図である。
【図１０】  従来の目標観測装置における極−直交変換部の動作を説明する説明図である。
【図１１】  従来の目標観測装置における極−直交変換部の入力信号が配置される周波数空間を示す説明図である。
【図１２】  従来の目標観測装置における送受信機が発生する高周波パルスを変調するチャープ信号を説明する説明図である。
【図１３】  従来の目標観測装置による観測のジオメトリを示す説明図である。
【図１４】  従来の目標観測装置を示す構成図である。
【符号の説明】
２１  送受信アンテナ（受信手段）、２１ａ  送受信アンテナの位置Ｓ、２１ｂ  送受信アンテナの位置Ｑ、２２  送受信機（受信手段）、２３  距離補償部（第１の補償手段）、２４  位相補償量算出部（第２の補償手段）、２５  位相補償部（第２の補償手段）、２６  極−直交変換部（再生手段）、２７  レンジフーリエ変換部（再生手段）、２８  アジマスフーリエ変換部（再生手段）、３１  軌道の中央Ｐ、３２  軌道中央直下の地表面上の点Ｏ。
【図１】
0003734729.tif 000029
【図２】
0003734729.tif 000030
【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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