(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに直交した偏波特性の２つのアンテナと、
前記２つのアンテナのうち、観測対象の散乱ベクトルを収集するために、送信のときはいずれか一方、受信のときには双方を駆動させる偏波切換器と、
観測対象の各分解能セルごとの観測散乱ベクトルを格納する観測散乱ベクトルデータベースと、
前記観測散乱ベクトルデータベースに格納された観測散乱ベクトルのレンジプロフィールについて、各レンジセルの近傍の複数レンジセル分の範囲内の共分散行列をそれぞれ算出し、この共分散行列の固有値を求めて、各レンジセルに対応するエントロピーを算出するエントロピー算出手段と、
各レンジセルについて得られたエントロピーを予め定めた閾値と比較して目標を検出する目標検出手段と
を備えたことを特徴とする目標検出装置。
【請求項２】
互いに直交した偏波特性の２つのアンテナと、
これらの２つのアンテナのうち、観測対象の散乱ベクトルを収集するために、送信のときはいずれか一方、受信のときには双方を駆動させる偏波切換器と、
観測対象の各分解能セルごとの観測散乱ベクトルを複数ヒット分格納する複数ヒット観測散乱ベクトルデータベースと、
前記複数ヒット観測散乱ベクトルデータベースに格納された観測散乱ベクトルのレンジプロフィールについて、各レンジセルにおいて、複数ヒット分の観測散乱ベクトルの共分散行列をそれぞれ算出し、この共分散行列の固有値を求めて、各レンジセルにおけるエントロピーを算出するエントロピー算出手段と、
各レンジセルについて得られたエントロピーを予め定めた閾値と比較して目標を検出する目標検出手段と
を備えたことを特徴とする目標検出装置。
【請求項３】
前記エントロピー算出手段は、各レンジセル近傍の複数レンジセル分の範囲内における複数ヒット分の観測散乱ベクトルの共分散行列をそれぞれ算出し、この共分散行列の固有値を求めて、各レンジセルにおけるエントロピーを算出する
ことを特徴とする請求項２記載の目標検出装置。
【請求項４】
前記エントロピー算出手段は、各レンジセル近傍の複数レンジセル分の範囲内における観測散乱ベクトルの共分散行列をそれぞれ算出する際に使用する複数レンジセルの個数を、検出しようとする目標の全長をレンジ分解能で割り算して得られる商に最も近い整数で決定する
ことを特徴とする請求項１又は３記載の目標検出装置。
【請求項５】
前記目標検出手段は、
目標検出に用いる閾値を、各レンジセル近傍における複数レンジセルのエントロピーの値を用いて適応的に決定する適応的閾値決定手段と、
前記適応的閾値決定手段によって決定された閾値と各レンジセルにおけるエントロピーとを比較して目標検出を行う閾値処理手段と
を有することを特徴とする請求項１、２又は３記載の目標検出装置。
【請求項６】
観測対象の観測散乱ベクトルのレンジプロフィールについて、各レンジセルの近傍の複数レンジセル分の範囲内の共分散行列をそれぞれ算出し、この共分散行列の固有値を求めて、各レンジセルに対応するエントロピーを算出するエントロピー算出ステップと、
各レンジセルについて得られたエントロピーを予め定めた閾値と比較して目標を検出する目標検出ステップと
を含むことを特徴とする目標検出方法。
【請求項７】
観測対象の観測散乱ベクトルのレンジプロフィールについて、各レンジセルにおいて、複数ヒット分の観測散乱ベクトルの共分散行列をそれぞれ算出し、この共分散行列の固有値を求めて、各レンジセルにおけるエントロピーを算出するエントロピー算出ステップと、
各レンジセルについて得られたエントロピーを予め定めた閾値と比較して目標を検出する目標検出ステップと
を含むことを特徴とする目標検出方法。
【請求項８】
前記エントロピー算出ステップは、各レンジセル近傍の複数レンジセル分の範囲内における複数ヒット分の観測散乱ベクトルの共分散行列をそれぞれ算出し、この共分散行列の固有値を求めて、各レンジセルにおけるエントロピーを算出する
ことを特徴とする請求項７記載の目標検出方法。
【請求項９】
前記エントロピー算出ステップは、各レンジセル近傍の複数レンジセル分の範囲内における観測散乱ベクトルの共分散行列をそれぞれ算出する際に使用する複数レンジセルの個数を、検出しようとする目標の全長をレンジ分解能で割り算して得られる商に最も近い整数で決定する
ことを特徴とする請求項６又は８記載の目標検出方法。
【請求項１０】
前記目標検出ステップは、
目標検出に用いる閾値を、各レンジセル近傍における複数レンジセルのエントロピーの値を用いて適応的に決定する適応的閾値決定ステップと、
前記適応的閾値決定ステップによって決定された閾値と各レンジセルにおけるエントロピーとを比較して目標検出を行う閾値処理ステップと
を含むことを特徴とする請求項６、７又は８記載の目標検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、レーダの分野に関するものであり、特に、偏波の情報を用いて目標を検出する目標検出装置及び目標検出方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の目標検出装置について図面を参照しながら説明する。図９は、例えば米国特許第５，７６４，１８２号公報に示された従来の目標検出装置の構成を示す図である。
【０００３】
図９において、６０１はストークスベクトル算出手段、６０２は固定偏波受信電力算出手段１、６０３は固定偏波受信電力算出手段２、６０４は固定偏波受信電力算出手段Ｎ、６０５、６０６及び６０７はＣＦＡＲ目標検出手段、６０８はＯＲ回路である。
【０００４】
つぎに、従来の目標検出装置の動作について図面を参照しながら説明する。図１０は、従来の目標検出装置の動作を説明するための図である。
【０００５】
この発明は、電磁波のベクトル的な性質を利用して、クラッタと目標のエコーを分離するものである。目標への入射波や、目標からの散乱波は、マクスウエル（Ｍａｘｗｅｌｌ）の方程式の記述に明らかなように、本来空間内のベクトルとして表現される。特に、目標が自由空間中で十分遠方に存在する場合には、これらの電磁波は平面波とみなすことができることから、電界（磁界）を進行方向に直交した平面上の２次元ベクトルとして取り扱うことができる。平面波におけるこれら電界（磁界）ベクトルの時間変化の様子は、波の偏り、つまり、いわゆる偏波の概念として理解、分類されている。
【０００６】
時刻ｔ、位置ベクトルｒｒにおける周波数ｆ、波数ベクトルｋｋの平面波ＥＥ（ｒｒ、ｔ）は次の式（１）のように表される。
【０００７】
【数１】
0003783842.tif 000002
【０００８】
ここで、ＥＥ０は複素の電界ベクトルであり、垂直方向（ｖｅｒｔｉｃａｌ：ｖ）の電界成分Ｅｖと、水平方向（ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ：ｈ）の電界成分Ｅｈを用いて次の式（２）のように表すことができる。
【０００９】
【数２】
0003783842.tif 000003
【００１０】
上記電界ベクトルを電力の次元で表現したものに、ストークスベクトルがある。このストークスベクトルＧは、垂直方向の電界成分Ｅｖと水平方向の電界成分Ｅｈを用いて次の式（３）のように定義される。
【００１１】
【数３】
0003783842.tif 000004
【００１２】
平面波ＥＥ（ｒｒ、ｔ）の進行方向に垂直な断面における電界ベクトルの軌跡は、一般に、図１０（ａ）に示すような楕円である。また、全ての偏波状態は、式（３）で定義したストークスベクトルに含まれる３つのパラメータｇ１、ｇ２、ｇ３を直交する３つの軸とすると、図１０（ｂ）に示すようなポワンカレ（Ｐｏｉｎｃａｒｅ）球面上の一点として表現される。
【００１３】
上記ストークスベクトルＧで表される偏波状態の電波を、次の式（４）のストークスベクトルＨで表される偏波状態で受信した場合の受信電力Ｐｈは、次の式（５）で表される。
【００１４】
【数４】
0003783842.tif 000005
【００１５】
次に、図９にしたがい、上記従来の手法の具体的な処理の内容を説明する。
【００１６】
ある偏波で送信パルスを送信し、散乱体によって散乱された散乱波を偏波状態が互いに直交する２つのアンテナで受信した場合を考える。例えば、その直交する２つのアンテナが、垂直偏波アンテナと水平偏波アンテナである場合、ストークスベクトル算出手段６０１は、上記２つのアンテナの受信電界Ｅｖと、Ｅｈとから、式（３）にしたがって受信した散乱波のストークスベクトルＧを算出する。
【００１７】
このストークスベクトル算出手段６０１で算出された受信波のストークスベクトルは、次にＮ種類の固定偏波受信電力算出手段６０２〜６０４に送られる。図９に示す固定偏波受信電力算出手段６０２、６０３、及び６０４は、それらのＮ種類のうち、代表として１番目、２番目、Ｎ番目を表したものである。
【００１８】
上記Ｎ種類の固定偏波受信電力算出手段６０２〜６０４は、それぞれストークスベクトルＨ１、Ｈ２、・・・、ＨＮで表されるような偏波状態で受信した場合の受信電力を式（５）にしたがって算出する。なお、これらのストークスベクトルＨ１、Ｈ２、・・・、ＨＮは、図１０（ｂ）のポワンカレ（Ｐｏｉｎｃａｒｅ）球面上に均一に分布するように決定される。
【００１９】
上記Ｎ種類の固定偏波受信電力算出手段６０２〜６０４において算出されたＮ種類の受信電力は、それぞれ、ＣＦＡＲ目標検出手段６０５、６０６、及び６０７に送られる。このＣＦＡＲ目標検出手段としては、例えば、『レーダ信号処理技術』（電子情報通信学会編）に記載されているような、一般に良く知られたＣＦＡＲ目標検出手段を用いれば良い。また、ここでは、ＣＦＡＲ目標検出手段は、受信電力が予め定められた閾値を超えたレンジセルにおいて、目標が検出されたとして１を出力し、そうでない場合に目標は検出されなかったとして０を出力するものとする。
【００２０】
最後に、上記のＣＦＡＲ目標検出手段６０５〜６０７の出力は、ＯＲ回路６０８に送られる。このＯＲ回路６０８において、上記のＮ種類の偏波状態Ｈ１、Ｈ２、・・・、ＨＮで受信した場合の受信信号に対してＣＦＡＲ目標検出を行った結果の論理和を求める。その結果、あるレンジセルにおいて、Ｈ１、Ｈ２、・・・、ＨＮのうち、いずれか一つの偏波状態で受信した場合の受信電力を用いて目標検出を行った場合に目標として検出されれば、目標が検出されたものとみなすことになる。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような従来の目標検出装置では、Ｎ種類の受信偏波で受信した場合の受信電力で、それぞれ検出された目標を全て目標とみなすので、背景クラッタの散乱特性が空間的に大きく変動する場合、誤警報確率が上昇するという問題点があった。
【００２２】
また、背景クラッタの散乱特性の空間的変動が極めて小さい場合も、ＣＦＡＲ目標検出手段の特性によって誤警報確率が上昇するという問題点があった。
【００２３】
複数種類の受信偏波を用意して、受信電力を算出するが、送信偏波は固定であるため、送信偏波の選択を誤ると、目標検出確率が低下するという問題点があった。
【００２４】
この発明は、前述した問題点を解決するためになされたもので、クラッタの散乱特性の空間的変動が大きい場合の誤警報確率上昇を防ぐことができる目標検出装置及び目標検出方法を得ることを目的とする。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１に係る目標検出装置は、互いに直交した偏波特性の２つのアンテナと、前記２つのアンテナのうち、観測対象の散乱ベクトルを収集するために、送信のときはいずれか一方、受信のときには双方を駆動させる偏波切換器と、観測対象の各分解能セルごとの観測散乱ベクトルを格納する観測散乱ベクトルデータベースと、前記観測散乱ベクトルデータベースに格納された観測散乱ベクトルのレンジプロフィールについて、各レンジセルの近傍の複数レンジセル分の範囲内の共分散行列をそれぞれ算出し、この共分散行列の固有値を求めて、各レンジセルに対応するエントロピーを算出するエントロピー算出手段と、各レンジセルについて得られたエントロピーを予め定めた閾値と比較して目標を検出する目標検出手段とを備えたものである。
【００２６】
この発明の請求項２に係る目標検出装置は、互いに直交した偏波特性の２つのアンテナと、これらの２つのアンテナのうち、観測対象の散乱ベクトルを収集するために、送信のときはいずれか一方、受信のときには双方を駆動させる偏波切換器と、観測対象の各分解能セルごとの観測散乱ベクトルを複数ヒット分格納する複数ヒット観測散乱ベクトルデータベースと、前記複数ヒット観測散乱ベクトルデータベースに格納された観測散乱ベクトルのレンジプロフィールについて、各レンジセルにおいて、複数ヒット分の観測散乱ベクトルの共分散行列をそれぞれ算出し、この共分散行列の固有値を求めて、各レンジセルにおけるエントロピーを算出するエントロピー算出手段と、各レンジセルについて得られたエントロピーを予め定めた閾値と比較して目標を検出する目標検出手段とを備えたものである。
【００２７】
この発明の請求項３に係る目標検出装置は、前記エントロピー算出手段が、各レンジセル近傍の複数レンジセル分の範囲内における複数ヒット分の観測散乱ベクトルの共分散行列をそれぞれ算出し、この共分散行列の固有値を求めて、各レンジセルにおけるエントロピーを算出するものである。
【００２８】
この発明の請求項４に係る目標検出装置は、前記エントロピー算出手段が、各レンジセル近傍の複数レンジセル分の範囲内における観測散乱ベクトルの共分散行列をそれぞれ算出する際に使用する複数レンジセルの個数を、検出しようとする目標の全長をレンジ分解能で割り算して得られる商に最も近い整数で決定するものである。
【００２９】
この発明の請求項５に係る目標検出装置は、前記目標検出手段が、目標検出に用いる閾値を、各レンジセル近傍における複数レンジセルのエントロピーの値を用いて適応的に決定する適応的閾値決定手段と、前記適応的閾値決定手段によって決定された閾値と各レンジセルにおけるエントロピーとを比較して目標検出を行う閾値処理手段とを有するものである。
【００３０】
この発明の請求項６に係る目標検出方法は、観測対象の観測散乱ベクトルのレンジプロフィールについて、各レンジセルの近傍の複数レンジセル分の範囲内の共分散行列をそれぞれ算出し、この共分散行列の固有値を求めて、各レンジセルに対応するエントロピーを算出するエントロピー算出ステップと、各レンジセルについて得られたエントロピーを予め定めた閾値と比較して目標を検出する目標検出ステップとを含むものである。
【００３１】
この発明の請求項７に係る目標検出方法は、観測対象の観測散乱ベクトルのレンジプロフィールについて、各レンジセルにおいて、複数ヒット分の観測散乱ベクトルの共分散行列をそれぞれ算出し、この共分散行列の固有値を求めて、各レンジセルにおけるエントロピーを算出するエントロピー算出ステップと、各レンジセルについて得られたエントロピーを予め定めた閾値と比較して目標を検出する目標検出ステップとを含むものである。
【００３２】
この発明の請求項８に係る目標検出方法は、前記エントロピー算出ステップが、各レンジセル近傍の複数レンジセル分の範囲内における複数ヒット分の観測散乱ベクトルの共分散行列をそれぞれ算出し、この共分散行列の固有値を求めて、各レンジセルにおけるエントロピーを算出するものである。
【００３３】
この発明の請求項９に係る目標検出方法は、前記エントロピー算出ステップが、各レンジセル近傍の複数レンジセル分の範囲内における観測散乱ベクトルの共分散行列をそれぞれ算出する際に使用する複数レンジセルの個数を、検出しようとする目標の全長をレンジ分解能で割り算して得られる商に最も近い整数で決定するものである。
【００３４】
この発明の請求項１０に係る目標検出方法は、前記目標検出ステップは、目標検出に用いる閾値を、各レンジセル近傍における複数レンジセルのエントロピーの値を用いて適応的に決定する適応的閾値決定ステップと、前記適応的閾値決定ステップによって決定された閾値と各レンジセルにおけるエントロピーとを比較して目標検出を行う閾値処理ステップとを含むものである。
【００３５】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係る目標検出装置について図面を参照しながら説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係る目標検出装置の構成を示す図である。なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
【００３６】
図１において、１は第１偏波送受信アンテナ、２は第２偏波送受信アンテナ、３は偏波切換器、４は送信機、５は送受切換器、６は受信機、７は観測散乱ベクトルデータベース、８はエントロピー算出手段、９は目標検出手段、１０は表示器である。
【００３７】
つぎに、この実施の形態１に係る目標検出装置の動作について図面を参照しながら説明する。図２は、この発明の実施の形態１に係る目標検出装置の第１偏波送受信アンテナ及び第２偏波送受信アンテナ２の各時刻の動作モードを示す図である。また、図３は、この発明の実施の形態１に係る目標検出装置のレンジｋと観測散乱ベクトル及びエントロピーの関係を示す図である。
【００３８】
送信機４で生成した広帯域パルスを、送受切換器５を介して偏波切換器３に送る。この偏波切換器３では、第１偏波送受信アンテナ１と第２偏波送受信アンテナ２のうちの第１偏波送受信アンテナ１に送信信号を送る。
【００３９】
ここで、第１偏波送受信アンテナ１と第２偏波送受信アンテナ２は、偏波特性が互いに直交するアンテナの組である。例えば、垂直偏波と水平偏波の組や、右旋円偏波と左旋円偏波の組などが上記の直交する２種類の偏波特性として良く知られている。
【００４０】
第１偏波送受信アンテナ１、または、第２偏波送受信アンテナ２から送信された信号は、観測対象によって散乱される。これを、第１偏波送受信アンテナ１及び第２偏波送受信アンテナ２を介して偏波切換器３に送る。これらの信号は送受切換器５を介して、それぞれ受信機６に送られる。
【００４１】
この受信機６で復調された信号は、観測対象の反射強度Ｓ１１、Ｓ１２の形で、観測散乱ベクトルデータベース７に保存される。ここで、Ｓｉｊは、第ｊ偏波送受信アンテナで送信して第ｉ偏波送受信アンテナで受信された反射強度を表す。
【００４２】
同様に、送信機４で生成した広帯域パルスを、送受切換器５を介して偏波切換器３に送り、これを第２偏波送受信アンテナ２から目標に照射して同様の処理を繰り返すことにより、観測対象の電界反射強度Ｓ２１、Ｓ２２を得る。これを同様に、観測散乱ベクトルデータベース７に保存する。
【００４３】
第１偏波送受信アンテナ１と第２偏波送受信アンテナ２の各時刻の動作モードについては、図２に示している。図中のインターバルが、Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ２１、Ｓ２２の一組を得るのに要する処理のひとまとめである。
【００４４】
上記のインターバルにおいて観測されたＳ１１、Ｓ１２、Ｓ２１、Ｓ２２を下記の式（６）のように、行列表示したものを『散乱行列（ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇｍａｔｒｉｘ）［Ｓ］』と呼ぶ。また、下記の式（７）のように列ベクトルＹＹで表現したものを、散乱特性を表すベクトルという意味で『散乱ベクトル（ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  ｖｅｃｔｏｒ）』と呼ぶ。
【００４５】
【数５】
0003783842.tif 000006
【００４６】
なお、上記の式（６）の散乱行列は、目標の散乱特性を示すものである。例えば、散乱特性が散乱行列［Ｓ］で表される目標に対し、偏波状態が式（２）で定義した電界ベクトルＥＥｔで表される電波が入射した場合に、この目標による散乱波の電界ベクトルＥＥｓは［Ｓ］を用いて次の式（８）のように表すことができる。
【００４７】
【数６】
0003783842.tif 000007
【００４８】
また、散乱ベクトルＹＹのベクトルノルムの２乗｜｜ＹＹ｜｜↑｛２｝を、ここでは『全電力』と呼ぶ。これは、式（６）に明らかなように、｜｜ＹＹ｜｜↑｛２｝が４つの偏波チャネルのパワーの総和であることからきている名称である。
【００４９】
【数７】
0003783842.tif 000008
【００５０】
さて、上記のインターバルにおいて観測された反射強度Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ２１、Ｓ２２は、観測散乱ベクトルデータベース７に、下記の式（１０）に示すような観測対象に関する各分解能セルｋごとの散乱ベクトルＹＹｋとして格納される。
【００５１】
【数８】
0003783842.tif 000009
【００５２】
一般に、散乱ベクトルは空間方向に変動し、その分布は、一般に、コヒーレントではない。すなわち、散乱ベクトルの４つの各要素が互いにある相関を持ちつつも、それぞれ別に分布する（例えば、多次元正規分布などに従う）確率変数ベクトルとみなすことができる。ただし、その変動の度合いは、目標やクラッタの性質に応じて異なる。
【００５３】
本発明は、目標とクラッタの変動の度合いの相違に基づいて目標を検出する装置あるいは方法に関するものであるが、本実施の形態１においては、上記の散乱ベクトルの変動の度合いを定量的に測る指標として下記の式（１１）で定義されるエントロピーＨを用いる。このエントロピーの定義は、例えば文献『A Review of Target Decomposition Theorems in Radar Polarimetry，(S．R．Cloude，E．Pottier，IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing，vol．34， no．2，Mar．，1996)』などにおいて、既に公知である。
【００５４】
【数９】
0003783842.tif 000010
【００５５】
ここで、λｉは、散乱ベクトルＹＹを確率変数ベクトルとみなした場合の共分散行列［Ｃ］のｎ個の固有値であり、下記の式（１３）のように定義される（ＶＶ１、ＶＶ２、ＶＶ３、ＶＶ４は固有ベクトル）。また、ｎの値は、下記の式（１２）で定義される共分散行列のとりうるランク数の最大値であり、レーダがモノスタティック構成の場合は３、バイスタティック構成の場合は４となる。
【００５６】
【数１０】
0003783842.tif 000011
【００５７】
定義より、エントロピーは、散乱ベクトルＹＹが完全にランダムに変動して分布するとき、最大値の１という値をとり、散乱ベクトルＹＹが全く変動しないとき、最小値の０という値をとる。それ以外の場合は、変動の度合いに応じて０〜１の間の値をとる。
【００５８】
さて、観測散乱ベクトルデータベース７に一旦蓄積された、各分解能セルｋごとの散乱ベクトルＹＹｋは、エントロピー算出手段８に送られる。このエントロピー算出手段８は、まず、各レンジセルｋの近傍Ｗ個（Ｗは正の整数）のレンジにおいて観測された散乱ベクトルを用い、次の式（１４）のようにして、各レンジセルｋにおいてその近傍の共分散行列［Ｃｋ］を求める。
【００５９】
【数１１】
0003783842.tif 000012
【００６０】
ここで、Ｗの値は任意の正の値に設定することが可能であるが、比較的広範囲にわたって広がる背景の中から、小さい目標を検出するような場合は、目標のエントロピーを正確に推定するために、Ｗの値は目標のサイズ程度に設定するのが好ましい。例えば、レーダのレンジ分解能１［ｍ］の時、全長１０［ｍ］の目標を検出する場合は、Ｗ＝１０程度に設定するのが良い。
【００６１】
すなわち、エントロピー算出手段８は、各レンジセル近傍の複数レンジセル分の範囲内における観測散乱ベクトルの共分散行列をそれぞれ算出する際に使用する複数レンジセルの個数を、検出しようとする目標の全長をレンジ分解能で割り算して得られる商に最も近い整数で決定する。
【００６２】
次に、エントロピー算出手段８は、上記で得られた共分散行列［Ｃｋ］を上記の式（１３）と同様にして固有値分解し、得られた固有値の値から式（１１）の定義に従って各レンジセルｋの近傍におけるエントロピーＨ（ｋ）を求め、このエントロピーＨ（ｋ）を出力する。
【００６３】
すなわち、このエントロピー算出手段８は、観測散乱ベクトルデータベース７に格納された観測散乱ベクトルのレンジプロフィールについて、図３に示すように、各レンジセルの近傍の複数レンジセル分の範囲内の共分散行列をそれぞれ算出し、この共分散行列の固有値を求めて、各レンジセルに対応するエントロピーを算出する。
【００６４】
目標検出手段９においては、エントロピー算出手段８から入力されてきたエントロピーＨ（ｋ）を予め定めた閾値ｔｈと比較し、あるレンジｋにおいて、エントロピーＨ（ｋ）の値がこの閾値ｔｈよりも小さい値である場合、レンジｋの近傍に目標が存在すると判定して目標を検出する。最後に、上記の目標検出手段９の目標検出結果は、表示器１０に表示される。
【００６５】
上記目標検出手段９において用いられる閾値ｔｈを設定する際は、事前の観測や理論計算等から、検出しようとする目標のエントロピーを事前に得ることが可能であれば、その値よりも閾値ｔｈを若干大きい値にすれば良い。
【００６６】
上記の目標検出手段９の処理は、背景クラッタの散乱の偏波特性のエントロピーに対して、目標の散乱の偏波特性のエントロピーが低い条件が成立する場合に有効である。例えば、種々の散乱機構が混在するような背景クラッタの中に、比較的構造の単純な人工構造物の目標が存在しているような場合は、上記条件が成立する。
【００６７】
逆に、空間的に散乱の偏波特性のそろった背景クラッタの中に、種々の散乱機構が混在して偏波特性の空間的揺らぎの大きい目標が存在する場合は、上記目標検出手段９において、エントロピーＨ（ｋ）がある閾値ｔｈを超えるレンジｋの近傍に目標が存在すると判定するように処理を変更することによって、目標を検出することができる。検出しようとする目標の散乱のエントロピーと、クラッタの散乱のエントロピーが、事前の観測や、理論計算などから既知である場合は、目標検出手段９における閾値ｔｈの値と、検出の方法が最適となるように設定する。
【００６８】
本実施の形態１をとると、従来のように種々の受信偏波で受信した場合の受信電力によって目標検出を行うことをせず、散乱の偏波特性の空間的変動の度合いを定量的に測定して、目標を検出するため、検出しようとする目標と、背景クラッタの散乱特性の空間的変動の度合いが、異なってさえいれば目標を検出できるので、クラッタの散乱特性の空間的変動が大きい場合の誤警報確率上昇を防ぐことができる。
【００６９】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係る目標検出装置について図面を参照しながら説明する。図４は、この発明の実施の形態２に係る目標検出装置の構成を示す図である。
【００７０】
図４において、７Ａは複数ヒット観測散乱ベクトルデータベースである。他の構成は、上記実施の形態１と同様である。
【００７１】
つぎに、この実施の形態２に係る目標検出装置の動作について図面を参照しながら説明する。図５は、この発明の実施の形態２に係る目標検出装置のレンジｋと観測散乱ベクトル及びエントロピーの関係を示す図である。また、図６は、この発明の実施の形態２に係る目標検出装置のレンジｋと観測散乱ベクトル及びエントロピーの関係を示す図である。
【００７２】
本実施の形態２の構成は、図１に示した実施の形態１の構成のうち、観測散乱ベクトルデータベース７を、複数ヒット観測散乱ベクトルデータベース７Ａで置き換えたものである。
【００７３】
複数ヒット観測散乱ベクトルデータベース７Ａは、複数ヒットｔ＝１、２、・・・、Ｔにおいて、観測散乱ベクトルのレンジプロフィールを蓄えておくデータベースである。したがって、複数ヒット観測散乱ベクトル７Ａには、図５に示すように各レンジセルｋ＝１、２、・・・、Ｋ毎に、時系列の散乱ベクトルＹＹｋ、ｔ（ｔ＝１、２、・・・、Ｔ）が蓄積される。
【００７４】
エントロピー算出手段８においては、あるレンジセルｋにおけるエントロピーを以下のようにして算出する。まず、時刻ｔ＝１、２、・・・、Ｔの散乱ベクトルを用いて、下記の式（１５）のようにして共分散行列［Ｃｋ］を求める。
【００７５】
【数１２】
0003783842.tif 000013
【００７６】
あるいは、上記の式（１５）にように、各レンジセルにおける複数ヒット分の観測散乱ベクトルのみの共分散行列を計算するのではなく、下記の式（１６）にように各レンジセルｋの近傍Ｗ個（Ｗは正の整数）のレンジにおいて観測された複数ヒット分の散乱ベクトルの共分散行列を求めても良い。共分散行列を以下の式（１６）にように求めることによって、この共分散行列の固有値から求められるエントロピーは、散乱ベクトルの時間的、空間的変動の度合いを表すものとなる。
【００７７】
【数１３】
0003783842.tif 000014
【００７８】
次に、エントロピー算出手段８は、上記で得られた共分散行列［Ｃｋ］を上記の式（１３）と同様にして固有値分解し、得られた固有値の値から式（１１）の定義に従って各レンジセルｋの近傍におけるエントロピーＨ（ｋ）を求め、このエントロピーＨ（ｋ）を出力する。以上によって求められたエントロピーは、各レンジセルにおける散乱ベクトルの時間的な変動の度合いを示すものである。
【００７９】
すなわち、このエントロピー算出手段８は、複数ヒット観測散乱ベクトルデータベース７Ａに格納された観測散乱ベクトルのレンジプロフィールについて、図５に示すように、各レンジセルにおいて、複数ヒット分の観測散乱ベクトルの共分散行列をそれぞれ算出し、この共分散行列の固有値を求めて、各レンジセルにおけるエントロピーを算出する。
【００８０】
また、エントロピー算出手段８は、図６に示すように、各レンジセル近傍の複数レンジセル分の範囲内における複数ヒット分の観測散乱ベクトルの共分散行列をそれぞれ算出し、この共分散行列の固有値を求めて、各レンジセルにおけるエントロピーを算出する。さらに、エントロピー算出手段８は、各レンジセル近傍の複数レンジセル分の範囲内における観測散乱ベクトルの共分散行列をそれぞれ算出する際に使用する複数レンジセルの個数を、検出しようとする目標の全長をレンジ分解能で割り算して得られる商に最も近い整数で決定する。
【００８１】
目標検出手段９においては、エントロピー算出手段８から入力されてきたエントロピーＨ（ｋ）を予め定めた閾値ｔｈと比較し、あるレンジｋにおいて、エントロピーＨ（ｋ）の値がこの閾値ｔｈよりも小さい値である場合、レンジｋの近傍に目標が存在すると判定して目標を検出する。最後に、上記の目標検出手段９の目標検出結果は、表示器１０に表示される。
【００８２】
上記の目標検出手段９の処理は、背景クラッタが強風下の海面や、森林などのように、散乱の偏波特性が時間的に大きく変動し、かつ検出しようとする目標が静止していてその偏波特性が時間的に変動しないような場合に有効である。また、逆に、散乱の偏波特性が時間的に変動しない背景クラッタの中に、偏波特性の時間的変動が大きい目標が存在する場合は、上記目標検出手段９において、エントロピーＨ（ｋ）がある閾値ｔｈを超えるレンジｋの近傍に目標が存在すると判定するように処理を変更することによって、目標を検出することができる。
【００８３】
本実施の形態２をとることによって、クラッタあるいは目標の散乱ベクトルが特に時間とともに変動し、クラッタと目標の散乱ベクトルの変動の度合いが異なる場合に、上記実施の形態１と同様な効果を得ることができる。
【００８４】
実施の形態３．
この発明の実施の形態３に係る目標検出装置について図面を参照しながら説明する。図７は、この発明の実施の形態３に係る目標検出装置の構成を示す図である。
【００８５】
図７において、９Ａは適応的閾値決定型目標検出手段、９１は適応的閾値決定手段、９２は閾値処理手段である。他の構成は、上記実施の形態１と同様である。
【００８６】
つぎに、この実施の形態３に係る目標検出装置の動作について図面を参照しながら説明する。図８は、この発明の実施の形態３に係る目標検出装置のレンジｋとエントロピーの関係を示す図である。
【００８７】
第１偏波送受信アンテナ１、第２偏波送受信アンテナ２、偏波切換器３、送信機４、送受切換器５、受信機６、観測散乱ベクトルデータベース７、エントロピー算出手段８、及び表示器１０の動作は、上記実施の形態１と同様である。
【００８８】
適応的閾値決定型目標検出手段９Ａには、エントロピー算出手段８で算出された各レンジセルｋ（ｋ＝１、２、・・・、Ｋ）毎のエントロピーＨ（ｋ）が入力される。入力されたエントロピーＨ（ｋ）は、まず、適応的閾値決定手段９１に送られる。この適応的閾値決定手段９１は、下記の式（１７）に従い、各レンジセルｋ近傍のＬ個のセルにおけるエントロピーの平均値を算出し、これに予め定めた係数α（αは１以下の正の定数）を掛けて、閾値ｔｈ（ｋ）（ｋ＝１、２、・・・、Ｋ）を決定する。
【００８９】
【数１４】
0003783842.tif 000015
【００９０】
もちろん、上記のように各レンジセルｋ近傍のＬ個のセルにおけるエントロピーの平均値を用いるかわりに、中央値などを用いても同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００９１】
閾値処理手段９２は、各レンジセルのエントロピーＨ（ｋ）と上記適応的閾値決定手段９１で決定された各レンジセルにおける閾値ｔｈ（ｋ）と比較し、あるレンジｋにおいて、エントロピーＨ（ｋ）の値がこの閾値ｔｈ（ｋ）よりも小さい値である場合、レンジｋの近傍に目標が存在すると判定して目標を検出する。
【００９２】
逆に、空間的に散乱の偏波特性のそろった背景クラッタの中に、種々の散乱機構が混在して偏波特性の空間的揺らぎの大きい目標が存在する場合は、上記閾値処理手段９２において、エントロピーＨ（ｋ）が閾値ｔｈ（ｋ）を超えるレンジｋの近傍に目標が存在すると判定するように処理を変更することによって、目標を検出することができる。また、この際、上記の式（１７）の係数αは、１以上の正定数とする。
【００９３】
なお、上記適応的閾値決定手段９１において、各レンジセルｋ近傍のセルのエントロピーの平均値を算出する場合の近傍セルの個数Ｌは、上記エントロピー算出手段８において用いるＷの値よりも大きいことが望ましい。
【００９４】
本実施の形態３をとると、閾値を注目するレンジセルｋ近傍のエントロピーの値によって適応的に決定するので、クラッタの散乱特性の空間的変動の度合いそのものが空間的に変化する場合の誤警報確率上昇を防ぐことができる。
【００９５】
なお、図７に示すように、上記実施の形態１に適用した場合について説明したが、上記実施の形態２に適用してもよいことはいうまでもない。
【００９６】
【発明の効果】
この発明の請求項１に係る目標検出装置は、以上説明したとおり、互いに直交した偏波特性の２つのアンテナと、前記２つのアンテナのうち、観測対象の散乱ベクトルを収集するために、送信のときはいずれか一方、受信のときには双方を駆動させる偏波切換器と、観測対象の各分解能セルごとの観測散乱ベクトルを格納する観測散乱ベクトルデータベースと、前記観測散乱ベクトルデータベースに格納された観測散乱ベクトルのレンジプロフィールについて、各レンジセルの近傍の複数レンジセル分の範囲内の共分散行列をそれぞれ算出し、この共分散行列の固有値を求めて、各レンジセルに対応するエントロピーを算出するエントロピー算出手段と、各レンジセルについて得られたエントロピーを予め定めた閾値と比較して目標を検出する目標検出手段とを備えたので、クラッタの散乱特性の空間的変動が大きい場合の誤警報確率上昇を防ぐことができるという効果を奏する。
【００９７】
この発明の請求項２に係る目標検出装置は、以上説明したとおり、互いに直交した偏波特性の２つのアンテナと、これらの２つのアンテナのうち、観測対象の散乱ベクトルを収集するために、送信のときはいずれか一方、受信のときには双方を駆動させる偏波切換器と、観測対象の各分解能セルごとの観測散乱ベクトルを複数ヒット分格納する複数ヒット観測散乱ベクトルデータベースと、前記複数ヒット観測散乱ベクトルデータベースに格納された観測散乱ベクトルのレンジプロフィールについて、各レンジセルにおいて、複数ヒット分の観測散乱ベクトルの共分散行列をそれぞれ算出し、この共分散行列の固有値を求めて、各レンジセルにおけるエントロピーを算出するエントロピー算出手段と、各レンジセルについて得られたエントロピーを予め定めた閾値と比較して目標を検出する目標検出手段とを備えたので、クラッタの散乱特性の空間的変動が大きい場合の誤警報確率上昇を防ぐことができるという効果を奏する。
【００９８】
この発明の請求項３に係る目標検出装置は、以上説明したとおり、前記エントロピー算出手段が、各レンジセル近傍の複数レンジセル分の範囲内における複数ヒット分の観測散乱ベクトルの共分散行列をそれぞれ算出し、この共分散行列の固有値を求めて、各レンジセルにおけるエントロピーを算出するので、クラッタの散乱特性の空間的変動が大きい場合の誤警報確率上昇を防ぐことができるという効果を奏する。
【００９９】
この発明の請求項４に係る目標検出装置は、以上説明したとおり、前記エントロピー算出手段が、各レンジセル近傍の複数レンジセル分の範囲内における観測散乱ベクトルの共分散行列をそれぞれ算出する際に使用する複数レンジセルの個数を、検出しようとする目標の全長をレンジ分解能で割り算して得られる商に最も近い整数で決定するので、クラッタの散乱特性の空間的変動が大きい場合の誤警報確率上昇を防ぐことができるという効果を奏する。
【０１００】
この発明の請求項５に係る目標検出装置は、以上説明したとおり、前記目標検出手段が、目標検出に用いる閾値を、各レンジセル近傍における複数レンジセルのエントロピーの値を用いて適応的に決定する適応的閾値決定手段と、前記適応的閾値決定手段によって決定された閾値と各レンジセルにおけるエントロピーとを比較して目標検出を行う閾値処理手段とを有するので、クラッタの散乱特性の空間的変動の度合いそのものが空間的に変化する場合の誤警報確率上昇を防ぐことができるという効果を奏する。
【０１０１】
この発明の請求項６に係る目標検出方法は、以上説明したとおり、観測対象の観測散乱ベクトルのレンジプロフィールについて、各レンジセルの近傍の複数レンジセル分の範囲内の共分散行列をそれぞれ算出し、この共分散行列の固有値を求めて、各レンジセルに対応するエントロピーを算出するエントロピー算出ステップと、各レンジセルについて得られたエントロピーを予め定めた閾値と比較して目標を検出する目標検出ステップとを含むので、クラッタの散乱特性の空間的変動が大きい場合の誤警報確率上昇を防ぐことができるという効果を奏する。
【０１０２】
この発明の請求項７に係る目標検出方法は、以上説明したとおり、観測対象の観測散乱ベクトルのレンジプロフィールについて、各レンジセルにおいて、複数ヒット分の観測散乱ベクトルの共分散行列をそれぞれ算出し、この共分散行列の固有値を求めて、各レンジセルにおけるエントロピーを算出するエントロピー算出ステップと、各レンジセルについて得られたエントロピーを予め定めた閾値と比較して目標を検出する目標検出ステップとを含むので、クラッタの散乱特性の空間的変動が大きい場合の誤警報確率上昇を防ぐことができるという効果を奏する。
【０１０３】
この発明の請求項８に係る目標検出方法は、以上説明したとおり、前記エントロピー算出ステップが、各レンジセル近傍の複数レンジセル分の範囲内における複数ヒット分の観測散乱ベクトルの共分散行列をそれぞれ算出し、この共分散行列の固有値を求めて、各レンジセルにおけるエントロピーを算出するので、クラッタの散乱特性の空間的変動が大きい場合の誤警報確率上昇を防ぐことができるという効果を奏する。
【０１０４】
この発明の請求項９に係る目標検出方法は、以上説明したとおり、前記エントロピー算出ステップが、各レンジセル近傍の複数レンジセル分の範囲内における観測散乱ベクトルの共分散行列をそれぞれ算出する際に使用する複数レンジセルの個数を、検出しようとする目標の全長をレンジ分解能で割り算して得られる商に最も近い整数で決定するので、クラッタの散乱特性の空間的変動が大きい場合の誤警報確率上昇を防ぐことができるという効果を奏する。
【０１０５】
この発明の請求項１０に係る目標検出方法は、以上説明したとおり、前記目標検出ステップは、目標検出に用いる閾値を、各レンジセル近傍における複数レンジセルのエントロピーの値を用いて適応的に決定する適応的閾値決定ステップと、前記適応的閾値決定ステップによって決定された閾値と各レンジセルにおけるエントロピーとを比較して目標検出を行う閾値処理ステップとを含むので、クラッタの散乱特性の空間的変動の度合いそのものが空間的に変化する場合の誤警報確率上昇を防ぐことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１に係る目標検出装置の構成を示す図である。
【図２】  この発明の実施の形態１に係る目標検出装置の動作を示す図である。
【図３】  この発明の実施の形態１に係る目標検出装置の動作を示す図である。
【図４】  この発明の実施の形態２に係る目標検出装置の構成を示す図である。
【図５】  この発明の実施の形態２に係る目標検出装置の動作を示す図である。
【図６】  この発明の実施の形態２に係る目標検出装置の動作を示す図である。
【図７】  この発明の実施の形態３に係る目標検出装置の構成を示す図である。
【図８】  この発明の実施の形態３に係る目標検出装置の動作を示す図である。
【図９】  従来の目標検出装置の構成を示す図である。
【図１０】  従来の目標検出装置の動作を示す図である。
【符号の説明】
１  第１偏波送受信アンテナ、２  第２偏波送受信アンテナ、３  偏波切換器、４  送信機、５  送受切換器、６  受信機、７  観測散乱ベクトルデータベース、７Ａ  複数ヒット観測散乱ベクトルデータベース、８  エントロピー算出手段、９  目標検出手段、９Ａ  適応的閾値決定型目標検出手段、１０  表示器、９１  適応的閾値決定手段、９２  閾値処理手段。
【図１】
0003783842.tif 000016
【図２】
0003783842.tif 000017
【図３】
0003783842.tif 000018
【図４】
0003783842.tif 000019
【図５】
0003783842.tif 000020
【図６】
0003783842.tif 000021
【図７】
0003783842.tif 000022
【図８】
0003783842.tif 000023
【図９】
0003783842.tif 000024
【図１０】
0003783842.tif 000025