(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波パルス信号を発生する送信部と、
上記送信部からの高周波パルス信号を観測領域へ照射すると共に、当該観測領域で反射したエコー信号を収集する送受信アンテナと、
送信と受信を切替える送受信切替部と、
上記送受信アンテナが受信した信号を増幅する受信部と、
上記受信部からの受信信号を信号処理して合成開口レーダ画像を得る画像再生処理部と、
上記画像再生処理部からの合成開口レーダ画像をパルス照射方向と直角の方向であるアジマス方向に高速フーリエ変換してスペクトルを得るアジマスＦＦＴ部と、
上記アジマスＦＦＴ部からのスペクトルを位相誤差の次数Ｎと等しい数に等分割するスペクトル分割部と、
上記スペクトル分割部により分割したスペクトルを逆フーリエ変換して画像を得るアジマスＩＦＦＴ部と、
上記アジマスＩＦＦＴ部から出力されるＮ個の画像のうち任意の２つの画像の相互相関をとり画像のシフト量を求める処理を全ての組合せであるＮ（Ｎ−１）／２通り行う画像相関部と、
上記画像相関部により求まる画像のシフト量より位相誤差の係数を計算する誤差係数計算部と、
上記スペクトル分割部から上記誤差係数計算部までの処理を所定回数繰り返す判定をする繰り返し判定部と、
上記繰り返し判定部により所定回数繰り返されたと判定された後に上記スペクトル分割部に与える位相誤差の次数Ｎを増加させて上記スペクトル分割部から上記繰り返し判定部までの処理を繰り返すか否かを決定する次数Ｎ決定手段と、
上記次数Ｎ決定手段を経過して全レンジの位相誤差を補償した合成開口レーダ画像を生成する位相補償部と
を備えた合成開口レーダ装置。
【請求項２】
請求項１の合成開口レーダ装置において、上記次数Ｎ決定手段は、位相補償後の画像の分解能を用いて繰り返しの判定を行うことを特徴とする合成開口レーダ装置。
【請求項３】
請求項１の合成開口レーダ装置において、上記次数Ｎ決定手段は、上記アジマスＦＦＴ部の出力を上記誤差係数計算部で計算した位相誤差で補償して得られた画像からエントロピーを計算するエントロピー計算手段と、エントロピーを用いて繰り返しの判定を行うエントロピー比較手段とを備えたことを特徴とする合成開口レーダ装置。
【請求項４】
請求項３の合成開口レーダ装置において、上記エントロピー計算手段は、画像の全体からエントロピーを計算することを特徴とする合成開口レーダ装置。
【請求項５】
請求項３の合成開口レーダ装置において、上記エントロピー計算手段は、アジマス方向にエントロピーを計算して全てのレンジで平均してアジマス方向の画像のエントロピーを計算することを特徴とする合成開口レーダ装置。
【請求項６】
請求項１の合成開口レーダ装置において、上記次数Ｎ決定手段は、上記画像再生処理部の出力から点像を検出し、検出された点像応答を用いて繰り返しの判定を行う点像応答比較手段でなることを特徴とする合成開口レーダ装置。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかに記載の合成開口レーダ装置において、レーダプラットフォームにセンサを搭載して自機の運動を記録するレーダプラットフォーム運動測定部と、上記運動から次数Ｎの初期値を決定して上記スペクトル分割部に設定する次数Ｎ初期値決定部とをさらに備えたことを特徴とする合成開口レーダ装置。
【請求項８】
請求項１ないし６のいずれかに記載の合成開口レーダ装置において、気象状況を記録する気象状況記録部と、上記気象状況から次数Ｎの初期値を決定して上記スペクトル分割部に設定する次数Ｎ初期値決定部とをさらに備えたことを特徴とする合成開口レーダ装置。
【請求項９】
高周波パルス信号を送信する送信ステップと、
観測領域で散乱された信号を受信し増幅する受信ステップと、
受信信号を処理して合成開口レーダ画像を得る画像再生処理ステップと、
得られた画像をアジマス方向にフーリエ変換しスペクトルを得るアジマスＦＦＴステップと、
スペクトルを位相誤差の次数Ｎに等しい数に等分割する分割ステップと、
分割したスペクトルを逆フーリエ変換して画像を得るアジマスＩＦＦＴステップと、
Ｎ個の画像のうち２つの画像の相互相関をとり画像のシフト量を求める処理を全ての組合せであるＮ（Ｎ−１）／２通り行う画像相関ステップと、
画像のシフト量より位相誤差の係数を計算する誤差計数計算ステップと、
上記分割ステップから上記誤差係数計算ステップまでの処理の所定回数繰り返す判定をする繰り返し判定ステップと、
上記繰り返し判定ステップにより所定回数繰り返されたと判定された後に上記分割ステップに与える位相誤差の次数Ｎを増加させて上記分割ステップから上記繰り返しステップまでの処理を繰り返すか否かを判定する次数Ｎ決定ステップと、
上記次数Ｎ決定ステップを経過して全レンジの位相誤差を補償したスペクトルを得る位相補償ステップと、
補償後のスペクトルを逆フーリエ変換して合成開口レーダ画像を得るステップと
を含むことを特徴とする合成開口レーダの像再生方法。
【請求項１０】
請求項９の合成開口レーダの像再生方法において、上記次数Ｎ決定ステップは、位相補償後の画像の分解能を用いて繰り返しの判定を行うことを特徴とする合成開口レーダの像再生方法。
【請求項１１】
請求項９の合成開口レーダの像再生方法において、上記次数Ｎ決定ステップは、上記アジマスＦＦＴステップで得られる画像を上記誤差係数計算ステップで計算した位相誤差で補償して得られた画像からエントロピーを計算するエントロピー計算ステップと、エントロピーを用いて繰り返しの判定を行うエントロピー比較ステップとを備えたことを特徴とする合成開口レーダの像再生方法。
【請求項１２】
請求項１１の合成開口レーダの像再生方法において、上記エントロピー計算ステップは、画像の全体からエントロピーを計算することを特徴とする合成開口レーダの像再生方法。
【請求項１３】
請求項１１の合成開口レーダの像再生方法において、上記エントロピー計算ステップは、アジマス方向にエントロピーを計算して全てのレンジで平均してアジマス方向の画像のエントロピーを計算することを特徴とする合成開口レーダの像再生方法。
【請求項１４】
請求項９の合成開口レーダの像再生方法において、上記次数Ｎ決定ステップは、上記画像再生処理ステップから得られる出力から点像を検出し、検出された点像応答を用いて繰り返しの判定を行う点像応答比較ステップでなることを特徴とする合成開口レーダの像再生方法。
【請求項１５】
請求項９ないし１４のいずれかに記載の合成開口レーダの像再生方法において、レーダプラットフォームに搭載したセンサによる自機の運動を記録するレーダプラットフォーム運動測定ステップと、上記運動から次数Ｎの初期値を決定して上記分割ステップに設定する次数Ｎ初期値決定ステップとをさらに備えたことを特徴とする合成開口レーダの像再生方法。
【請求項１６】
請求項９ないし１４のいずれかに記載の合成開口レーダの像再生方法において、気象状況を記録する気象状況記録ステップと、上記気象状況から次数Ｎの初期値を決定して上記分割ステップに設定する次数Ｎ初期値決定ステップとをさらに備えたことを特徴とする合成開口レーダの像再生方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、航空機や衛星に搭載する合成開口レーダに係り、特に、地表や海面を広域にわたって観測し、画像化するときの合成開口レーダ装置及び合成開口レーダの像再生方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の合成開口レーダ装置としては、図１３に示すようなものがあった。
図１３は、W. G. Carrara, R. S. Goodman, R. M. Majewski, "Spotlight Synthetic Aoerture Radar", Artech House, 1995の２５６ぺ一ジに記載された図６６．６から想定される合成開口レーダ装置の構成図である。
この装置は、Multiple Aperture Mapdrift法（以降、ＭＡＭ法と称する）と呼ばれるオートフォーカス機能を備え、レーダプラットフォームの速度のオフセット誤差、加速度他によって生じる位相誤差をＮ次の多項式で近似して、これに起因する画像の分解能劣化を補償することが目的である。
【０００３】
図１３において、１は高周波パルス信号を発生する送信部、２はレーダプラットフォームに搭載され、上記高周波パルス信号を観測領域３へ照射するとともに、上記観測領域で反射したエコー信号を収集する送受信アンテナ、３は上記高周波パルス信号が照射される観測領域、４は送信と受信を切替える送受信切替部、５は送受信アンテナ２が受信した信号を増幅する受信部、６は受信部５からの信号を用いて合成開口レーダ画像を再生する画像処理部である。
【０００４】
７は上記合成開口レーダ画像をアジマス方向にフーリエ変換して、スペクトルを得るアジマスＦＦＴ部、８は選択した１レンジのスペクトルをＭＡＭ法の次数Ｎに等分割するスペクトル分割部、９は分割したスペクトルをそれぞれ逆フーリエ変換してＮ個の画像を得るアジマスＩＦＦＴ部、１０はＮ個のうち上記画像の２つの相互相関をとり画像のシフト量を求める処理を全ての組合せＮ（Ｎ−１）／２通り行う画像相関部、１１は上記画像のシフト量より位相誤差の係数を計算する誤差係数計算部、２２はスペクトル分割部から誤差係数計算部までの処理を一定回数繰り返す判定をする繰り返し判定部、１３は選択した１レンジについて求められた誤差係数に基づいて全レンジの位相誤差を補償して分解能が改善された合成開口レーダ画像を生成して処理を終了する位相補償部である。
【０００５】
次に、動作について図１４のフローチャートを参照して説明する。
図１４は従来の合成開口レーダ装置の動作を示すフローチャートである。
まず、送信部１が高周波パルス信号を発生させ、送受信アンテナ２で観測領域３へ電磁波を照射する（ステップＲ１）。送受信アンテナ２は、散乱された信号を受信し、受信部５がそれを増幅し（ステップＲ２）、画像処理部６は、受信部５からの信号を用いて合成開口レーダ画像を再生する（ステップＲ３）。
【０００６】
次に、アジマスＦＦＴ部７は、上記合成開口レーダ画像をアジマス方向にフーリエ変換して、スペクトルを得る（ステップＲ４）。このとき、スペクトルＳp（ｆ）における位相誤差φ（ｆ）を式（１）で表す。ただし、ここではアンテナビームがプラットフォームの移動方向に対して真横を向いている場合を扱う。また、ａkは、ｋ次の位相誤差の係数であり、ＴPRIはパルス繰り返し時間である。
【０００７】
【数１】
0003740655.tif 000002
【０００８】
スペクトル分割部８は、上記スペクトルから１レンジを選択し、ＭＡＭ法の次数Ｎで等分割する（ステップＲ５）。このときのｉ番目のスペクトルＳp(i)（ｆ）の位相誤差φi（ｆ）を式（２）で表す。ここで、ｆiはＳp(i)（ｆ）の中心周波数である。
【０００９】
【数２】
0003740655.tif 000003
【００１０】
アジマスＩＦＦＴ部９は、分割したスペクトルＳp(i)（ｆ）を逆フーリエ変換してＮ個の画像を得る（ステップＲ６）。この画像は位相誤差φi（ｆ）によってシフトする。このシフト量は曲線φi（ｆ）のｆ＝０での傾きで与えられる。この量を式（３）に示す。
【００１１】
【数３】
0003740655.tif 000004
【００１２】
画像画像相関部１０は、Ｎ個の上記画像の２つの相互相関をとり画像のシフト量を求める処理を、全ての組合せＮ（Ｎ−１）／２通り行う（ステップＲ７）。ｉ番目とｊ番目の画像のシフト量を式（４）に示す。
【００１３】
【数４】
0003740655.tif 000005
【００１４】
これを行列を用いて表現したものを、式（５）〜（９）に示す。
【００１５】
【数５】
0003740655.tif 000006
【００１６】
誤差係数計算部１１は、式（５）を用いて位相誤差の係数を計算する（ステップＲ８）。繰り返し判定部２２は、スペクトル分割部８から誤差係数計算部１１までの処理の繰り返し回数が定められた回数以内の場合、スペクトルＮ分割に処理を戻し、それ以外は以降の処理を続ける（ステップＲ９）。位相補償部１３がアジマスＦＦＴ部の出力を誤差係数計算部で計算した位相誤差で補償し（ステップＲ１０）、全てのレンジを逆フーリエ変換して（ステップＲ１０）、分解能が改善された合成開口レーダの画像を生成して処理を終了する。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の合成開口レーダ装置はこのように構成されており、位相誤差をＮ次の多項式で近似して補償し、再生画像の分解能劣化を補償するが、近似する次数Ｎを決定する方法は明確にされていなかった。
【００１８】
この発明は、最適な多項式の次数Ｎを決定する方法を明確にし、分解能の改善された画像を得る合成開口レーダ装置及び合成開口レーダの像再生方法を得ることを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る合成開口レーダ装置は、高周波パルス信号を発生する送信部と、上記送信部からの高周波パルス信号を観測領域へ照射すると共に、当該観測領域で反射したエコー信号を収集する送受信アンテナと、送信と受信を切替える送受信切替部と、上記送受信アンテナが受信した信号を増幅する受信部と、上記受信部からの受信信号を信号処理して合成開口レーダ画像を得る画像再生処理部と、上記画像再生処理部からの合成開口レーダ画像をパルス照射方向と直角の方向であるアジマス方向に高速フーリエ変換してスペクトルを得るアジマスＦＦＴ部と、上記アジマスＦＦＴ部からのスペクトルを位相誤差の次数Ｎと等しい数に等分割するスペクトル分割部と、上記スペクトル分割部により分割したスペクトルを逆フーリエ変換して画像を得るアジマスＩＦＦＴ部と、上記アジマスＩＦＦＴ部から出力されるＮ個の画像のうち任意の２つの画像の相互相関をとり画像のシフト量を求める処理を全ての組合せであるＮ（Ｎ−１）／２通り行う画像相関部と、上記画像相関部により求まる画像のシフト量より位相誤差の係数を計算する誤差係数計算部と、上記スペクトル分割部から上記誤差係数計算部までの処理を所定回数繰り返す判定をする繰り返し判定部と、上記繰り返し判定部により所定回数繰り返されたと判定された後に上記スペクトル分割部に与える位相誤差の次数Ｎを増加させて上記スペクトル分割部から上記繰り返し判定部までの処理を繰り返すか否かを決定する次数Ｎ決定手段と、上記次数Ｎ決定手段を経過して全レンジの位相誤差を補償した合成開口レーダ画像を生成する位相補償部とを備えたものである。
【００２０】
また、上記次数Ｎ決定手段は、位相補償後の画像の分解能を用いて繰り返しの判定を行うことを特徴とするものである。
【００２１】
また、上記次数Ｎ決定手段は、上記アジマスＦＦＴ部の出力を上記誤差係数計算部で計算した位相誤差で補償して得られた画像からエントロピーを計算するエントロピー計算手段と、エントロピーを用いて繰り返しの判定を行うエントロピー比較手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００２２】
また、上記エントロピー計算手段は、画像の全体からエントロピーを計算することを特徴とするものである。
【００２３】
また、上記エントロピー計算手段は、アジマス方向にエントロピーを計算して全てのレンジで平均してアジマス方向の画像のエントロピーを計算することを特徴とするものである。
【００２４】
また、上記次数Ｎ決定手段は、上記画像再生処理部の出力から点像を検出し、検出された点像応答を用いて繰り返しの判定を行う点像応答比較手段でなることを特徴とするものである。
【００２５】
また、レーダプラットフォームにセンサを搭載して自機の運動を記録するレーダプラットフォーム運動測定部と、上記運動から次数Ｎの初期値を決定して上記スペクトル分割部に設定する次数Ｎ初期値決定部とをさらに備えたことを特徴とするものである。
【００２６】
また、気象状況を記録する気象状況記録部と、上記気象状況から次数Ｎの初期値を決定して上記スペクトル分割部に設定する次数Ｎ初期値決定部とをさらに備えたことを特徴とするものである。
【００２７】
また、この発明に係る合成開口レーダの像再生方法は、高周波パルス信号を送信する送信ステップと、観測領域で散乱された信号を受信し増幅する受信ステップと、受信信号を処理して合成開口レーダ画像を得る画像再生処理ステップと、得られた画像をアジマス方向にフーリエ変換しスペクトルを得るアジマスＦＦＴステップと、スペクトルを位相誤差の次数Ｎに等しい数に等分割する分割ステップと、分割したスペクトルを逆フーリエ変換して画像を得るアジマスＩＦＦＴステップと、Ｎ個の画像のうち２つの画像の相互相関をとり画像のシフト量を求める処理を全ての組合せであるＮ（Ｎ−１）／２通り行う画像相関ステップと、画像のシフト量より位相誤差の係数を計算する誤差計数計算ステップと、上記分割ステップから上記誤差係数計算ステップまでの処理の所定回数繰り返す判定をする繰り返し判定ステップと、上記繰り返し判定ステップにより所定回数繰り返されたと判定された後に上記分割ステップに与える位相誤差の次数Ｎを増加させて上記分割ステップから上記繰り返しステップまでの処理を繰り返すか否かを判定する次数Ｎ決定ステップと、上記次数Ｎ決定ステップを経過して全レンジの位相誤差を補償したスペクトルを得る位相補償ステップと、補償後のスペクトルを逆フーリエ変換して合成開口レーダ画像を得るステップとを含むことを特徴とするものである。
【００２８】
また、上記次数Ｎ決定ステップは、位相補償後の画像の分解能を用いて繰り返しの判定を行うことを特徴とするものである。
【００２９】
また、上記次数Ｎ決定ステップは、上記アジマスＦＦＴステップで得られる画像を上記誤差係数計算ステップで計算した位相誤差で補償して得られた画像からエントロピーを計算するエントロピー計算ステップと、エントロピーを用いて繰り返しの判定を行うエントロピー比較ステップとを備えたことを特徴とするものである。
【００３０】
また、上記エントロピー計算ステップは、画像の全体からエントロピーを計算することを特徴とするものである。
【００３１】
また、上記エントロピー計算ステップは、アジマス方向にエントロピーを計算して全てのレンジで平均してアジマス方向の画像のエントロピーを計算することを特徴とするものである。
【００３２】
また、上記次数Ｎ決定ステップは、上記画像再生処理ステップから得られる出力から点像を検出し、検出された点像応答を用いて繰り返しの判定を行う点像応答比較ステップでなることを特徴とするものである。
【００３３】
また、レーダプラットフォームに搭載したセンサによる自機の運動を記録するレーダプラットフォーム運動測定ステップと、上記運動から次数Ｎの初期値を決定して上記分割ステップに設定する次数Ｎ初期値決定ステップとをさらに備えたことを特徴とするものである。
【００３４】
さらに、気象状況を記録する気象状況記録ステップと、上記気象状況から次数Ｎの初期値を決定して上記分割ステップに設定する次数Ｎ初期値決定ステップとをさらに備えたことを特徴とするものである。
【００３５】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る合成開口レーダ装置を示す構成図である。図１において、１〜１１、１３と２２は図１３に示す従来例と同一部分を示しその説明は省略する。新たな符号として、１２は、位相補償後の画像の分解能を、１つ前の次数での分解能と比較し、向上した場合に次数を増加させ、スペクトル分割部８に戻り、それ以外は、１つ前のＮが最適な次数であると決定する次数Ｎ決定部である。
【００３６】
次に、この実施の形態の動作を図２のフローチャートと共に説明する。
図２は、この発明の実施の形態１に係る合成開口レーダの像再生方法の動作を示すフローチャートである。
このフローチャートにおいて、アジマスＦＦＴ処理まで（ステップＳ１〜Ｓ４）は、図１４に示す従来例と同じ処理である。
【００３７】
アジマスＦＦＴ処理のあと、Ｎに２を代入する（ステップＳ５）。この次数Ｎで、従来例と同様に、スペクトル分割部８から誤差係数計算部１１までの装置が、位相誤差の係数を繰り返し計算する（ステップＳ６，Ｓ１０）。
【００３８】
次数Ｎ決定部１２が、１つ前の次数での分解能改善の程度と比較して（ステップＳ１１）、向上した場合、Ｎを１増加させ（ステップＳ１２）、スペクトルＮ分割（ステップＳ６）に戻る。それ以外は、以降の処理を続ける。なお、ここでＮ＝２の場合は、画像再生処理の出力の分解能と比較する。
【００３９】
また、ここで、分解能を用いた繰り返し判定は、繰り返しをｋ番目とし、画像はレンジ方向にＬ点、アジマス方向にＭ点とし、任意のレンジｊ（１≦ｊ≦Ｌ）について、誤差係数で位相補償された画像についてアジマス方向の画像を４倍に拡大し、その画像のピークを探し、ピーク電力から３ｄＢ下がったときの画像の幅Ｗkjを計算し、これを全てのレンジで実行し、Ｗkjの最小値Ｗkを求め、求められたＷkをｋ−１番目の繰り返しで得られたＷk-1と比較し、Ｗkが小さいければ分解能が改善されたとして判定する。
【００４０】
以降の処理（ステップＳ１３，Ｓ１４）は、従来例と同様で、分解能の改善された合成開口レーダの画像を得て、処理を終了する。
【００４１】
このように、本実施の形態によれば、Ｎを増加させつつ分解能の改善の程度を計算することで、最適な次数Ｎを決定し、分解能の改善された合成開口レーダの画像を得ることができる。
【００４２】
実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２に係る合成開口レーダ装置を示す構成図である。図３において、１〜１１、１３と２２は実施の形態１と同じものである。新たな符号として、１４はアジマスＦＦＴ処理の出力を位相補償して画像全体からエントロピーを計算する画像全体のエントロピー計算部、１５は１つ前の処理で得られた画像のエントロピーと比較して減少した場合にスペクトル分割部に処理を戻し、それ以外は以降の処理を続けさせるエントロピー比較部である。
【００４３】
次に、この実施の形態の動作を図４のフローチャートと共に説明する。
図４は、この発明の実施の形態２に係る合成開口レーダの像再生方法の動作を示すフローチャートである。
このフローチャートにおいて、繰り返し終了判定までの処理（ステップＴ１〜Ｔ１０）は実施の形態１と同じ処理である。
【００４４】
画像全体のエントロピー計算部１４は、アジマスＦＦＴ処理の出力を位相補債して、画像全体からエントロピーを計算する（ステップＴ１１）。エントロピー比較部１５は、１つ前の次数での処理で得られた画像のエントロピーと比較して（ステップＴ１２）、減少した場合、Ｎを１増加させ（ステップＴ１３）、スペクトルＮ分割（ステップＴ６）に戻す。それ以外は、以降の処理を続ける。なお、ここで、Ｎ＝２の場合は、画像再生処理の出力画像のエントロピーと比較する。
【００４５】
また、ここで、画像全体のエントロピーを用いた繰り返し判定は、画像はレンジ方向にＬ点、アジマス方向にＭ点とし、画像の濃度を０からｎとし、画像のうち、画像の濃度がｍ（０≦ｍ≦ｎ）である点をｘmとすると、画像の濃度がｍである確率Ｐ（ｘm）は、ｘm／（Ｌ×Ｍ）となり、画像のエントロピーＨは以下の式（１０）で表されるので、これを用いて判定する。
【００４６】
【数６】
0003740655.tif 000007
【００４７】
以降の処理（ステップＴ１４，Ｔ１５）は、従来の技術と同様で、分解能の改善された合成開口レーダの画像を得て、処理を終了する。
【００４８】
このように、本実施の形態によれば、実施の形態１の次数決定の指標に画像全体のエントロピーを用いることで、最適な次数Ｎを決定し、分解能の改善された合成開口レーダの画像を得ることができる。
【００４９】
実施の形態３．
図５はこの発明の実施の形態３に係る合成開口レーダ装置を示す構成図である。図５において、１〜１５と２２は実施の形態２と同じもので、新たな符号として、１６は実施の形態２の画像全体のエントロピ直計算部１４の代わりに用いられて、アジマス方向の画像のエントロピーを計算して、全てのレンジで平均する処理を行うアジマス方向のエントロピー計算部であり、ＭＡＭ法は、アジマス方向の位相誤差を補償するため、アジマス方向にエントロピーを計算すると、分解能改善の程度との関係がより顕著にあらわれる。
【００５０】
次に、この実施の形態の動作を図６のフローチャートと共に説明する。
図６は、この発明の実施の形態３に係る合成開口レーダの像再生方法の動作を示すフローチャートである。
このフローチャートにおいて、繰り返し終了判定までの処理（ステップＵ１〜Ｕ１０）と、エントロピー上昇以降の処理（ステップＵ１２〜Ｕ１５）は実施の形態３と同じ処理で、実施の形態２の画像全体のエントロピー計算（ステップＴ１１）の代わりに、アジマス方向の画像のエントロピー計算（ステップＵ１１）を用いている。
【００５１】
アジマス方向の画像のエントロピー計算部１６は、アジマス方向に画像のエントロピーを計算して、全てのレンジで平均する（ステップＵ１１）。
【００５２】
また、ここで、エントロピー比較部１５によるアジマス方向の画像体のエントロピーを用いた繰り返し判定は、実施の形態２と同様に、画像はレンジ方向にＬ点、アジマス方向にＭ点とし、画像の濃度を０からｎとし、レンジｊ（１≦ｊ≦Ｌ）に対して、画像の濃度がｍ（０≦ｍ≦ｎ）である点数をｙjmとすると、画像の濃度がｍである確率Ｐ（ｙjm）は、ｙjm／Ｍとなり、このレンジのアジマス方向の画像のエントロピーＨjは以下の式（１１）で表される。従って、アジマス方向の画像のエントロピーＨは式（１２）で表されるので、これを用いて判定する。
【００５３】
【数７】
0003740655.tif 000008
【００５４】
このように、本実施の形態によれば、実施の形態２の画像全体のエントロピーの代わりにアジマス方向の画像のエントロピーを用いることで、分解能改善の程度との関係が、より顕著にあらわれる。
【００５５】
実施の形態４．
図７はこの発明の実施の形態４に係る合成開口レーダ装置を示す構成図である。図７において、１〜１１、１３と２２は実施の形態１と同一部分を示し、その説明は省略する。新たな符号として、１７は、画像処理部６の出力画像から周囲より極端に反射が大きく、アジマス方向の拡がりが分解能と同じかその倍程度の像（以降、これを点像と称す）を検出する点像検出部、１８は、点像検出部１７で検出した点像に対して、１つ前の次数での位相補償後と、現在の次数での位相補償後の画像を比較し、劣化していない場合は、スペクトル分割部８に処理を戻し、他方、劣化した場合は、以降の処理を続ける点像応答比較部である。
【００５６】
次に、この実施の形態の動作を図８のフローチャートと共に説明する。
図８は、この発明の実施の形態４に係る合成開口レーダの像再生方法の動作を示すフローチャートである。
このフローチャートにおいて、画像再生処理まで（ステップＶ１〜Ｖ３）は実施の形態１と同じものである。点像検出部１７は、画像処理部６の出力画像から、周囲より極端に反射が大きく、アジマス方向の拡がりが分解能と同じかその倍程度の像を検出する（ステップＶ４）。これ以降、繰り返し終了判定までの処理（ステップＶ５〜Ｖ１１）は、実施の形態１と同じものである。
【００５７】
点像応答比較部１８は、点像検出部１７で検出した点像に対して、１つ前の次数での位相補償後と、現在の次数での位相補償後で比較する（ステップＶ１２）。劣化していない場合は、スペクトルＮ分割（ステップＶ７）に処理を戻し、劣化した場合は、以降の処理を続ける。以降の処理は実施の形態１と同じものである。
【００５８】
ここで、点像応答比較部１８による点像のアジマス方向の画像の拡がりを用いた繰り返し判定は、繰り返しをｋ番目とし、画像はレンジ方向にＬ点、アジマスアジマス方向にＭ点とし、点像検出のしきい値をＰSLとし、レンジｊ（１≦ｊ≦Ｌ）、アジマスｉ（１≦ｊ≦Ｍ）の位置の信号の強度をＰi,jとし、以下の条件を満たすものを点像として検出する。
Ｐi,j−Ｐi-2,j＞ＰSL
Ｐi+2,j−Ｐi,j＞ＰSL
ここでは、便宜上、アジマス方向の分解能と、画像１点が表すアジマス方向の長さを同じとしている。点像が検出されたレンジｊ（１≦ｊ≦Ｌ）について、実施の形態１と同様に、アジマス方向の画像を４倍に拡大し、点像のピーク電力から３ｄＢ下がったときの点像の幅Ｗkを求め、これをｋ−１番目の繰り返しで得られた値と比較して判定する。
【００５９】
このように、本実施の形態によれば、実施の形態１の次数決定の指標に点像を用いることで、最適な次数Ｎを決定し、分解能の改善された合成開口レーダの画像を得ることができる。
【００６０】
実施の形態５．
図９はこの発明の実施の形態５に係る合成開口レーダ装置を示す構成図である。図９において、１〜１３と２２は実施の形態１と同一部分を示しその説明は省略する。新たな符号として、１９はレーダプラットフォームに搭載したセンサで自機の運動を測定して記録するレーダプラットフォーム運動測定部、２０はプラットフォーム運動測定部１９で記録された上記運動から最適な初期値Ｎを決定する次数Ｎ初期値決定部である。
【００６１】
次に、この実施の形態の動作を図１０のフローチャートと共に説明する。
図１０は、この発明の実施の形態５に係る合成開口レーダの像再生方法の動作を示すフローチャートである。
このフローチャートにおいて、プラットフォーム運動解析（ステップＰ５）とＮ初期値決定（ステップＰ６）以外の処理は実施の形態１と同じ処理である。プラットフォーム運動測定部１９で得られたプラシドフォームの運動を解析し（ステップＰ５）、次数Ｎ初期値決定部２０でＮの初期値を決定する（ステップＰ６）。
【００６２】
ここで、次数Ｎ初期値決定部２０による次数Ｎ初期値は次のようにして決定される。運動測定部１９からの入力は、３軸の加速度が得られることを想定する。３つの軸は、プラットフォームの進行方向を１つの軸とし、他の２軸はこれと直交し、それぞれの軸から得られる値をαｘ、αｙ、αｚとしたとき、次数Ｎ初期値は次の値に決定される。
（１）|αｘ|＝|αｙ|＝|αｚ|＝０の場合、Ｎ＝２
（２）|αｘ|＞０，|αｙ|＝|αｚ|＝０，ｄ／ｄｔ（|αｘ|）＝０の場合、Ｎ＝３
【００６３】
このように、本実施の形態によれば、実施の形態１に対して、プラットフォームの運動を測定することで、Ｎの繰り返し回数を減らし、演算量を削減することができる。
【００６４】
実施の形態６．
図１１はこの発明の実施の形態６に係る合成開口レーダ装置を示す構成図である。図１１において、１から１３と２２は実施の形態１と同一部分を示しその説明は省略する。新たな符号として、２１はレーダプラットフォームが観測した時の気象状況を記録する気象状況記録部、２０は気象状況記録部２１で記録された気象状況から最適な初期値Ｎを決定する次数Ｎ初期値決定部である。
【００６５】
次に、この実施の形態の動作を図１２のフローチャートと共に説明する。
図１２は、この発明の実施の形態６に係る合成開口レーダの像再生方法の動作を示すフローチャートである。
このフローチャートにおいて、気象状況解析（ステップＱ５）とＮ初期値決定（ステップＱ６）以外の処理は実施の形態１と同じ処理である。
【００６６】
気象状況記録部２１で得られた気象状況を解析し（ステップＱ５）、次数Ｎ初期値決定部２０は、Ｎの初期値を決定する（ステップＱ６）。
ここで、次数Ｎ初期値決定部２０による次数Ｎ初期値は次のようにして決定される。気象状況記録部２１からの入力を、風速と風向きとし、これに基づいてプラットフォームの動揺を推定し、上述した実施の形態５と同様にして３軸の加速度αｘ、αｙ、αｚを求め、次数Ｎ初期値を決定する。
【００６７】
このように、本実施の形態によれば、実施の形態１に対して、気象状況を記録することで、Ｎの繰り返し回数を減らし、演算量を削減することができる。
【００６８】
【発明の効果】
以上のように、この発明に係る合成開口レーダ装置によれば、高周波パルス信号を発生する送信部と、上記送信部からの高周波パルス信号を観測領域へ照射すると共に、当該観測領域で反射したエコー信号を収集する送受信アンテナと、送信と受信を切替える送受信切替部と、上記送受信アンテナが受信した信号を増幅する受信部と、上記受信部からの受信信号を信号処理して合成開口レーダ画像を得る画像再生処理部と、上記画像再生処理部からの合成開口レーダ画像をパルス照射方向と直角の方向であるアジマス方向に高速フーリエ変換してスペクトルを得るアジマスＦＦＴ部と、上記アジマスＦＦＴ部からのスペクトルを位相誤差の次数Ｎと等しい数に等分割するスペクトル分割部と、上記スペクトル分割部により分割したスペクトルを逆フーリエ変換して画像を得るアジマスＩＦＦＴ部と、上記アジマスＩＦＦＴ部から出力されるＮ個の画像のうち任意の２つの画像の相互相関をとり画像のシフト量を求める処理を全ての組合せであるＮ（Ｎ−１）／２通り行う画像相関部と、上記画像相関部により求まる画像のシフト量より位相誤差の係数を計算する誤差係数計算部と、上記スペクトル分割部から上記誤差係数計算部までの処理を所定回数繰り返す判定をする繰り返し判定部と、上記繰り返し判定部により所定回数繰り返されたと判定された後に上記スペクトル分割部に与える位相誤差の次数Ｎを増加させて上記スペクトル分割部から上記繰り返し判定部までの処理を繰り返すか否かを決定する次数Ｎ決定手段と、上記次数Ｎ決定手段を経過して全レンジの位相誤差を補償した合成開口レーダ画像を生成する位相補償部とを備えたので、最適な多項式の次数Ｎを決定する方法を明確にし、分解能の改善された画像を得ることができる。
【００６９】
また、上記次数Ｎ決定手段は、位相補償後の画像の分解能を用いて繰り返しの判定を行うようにしたので、Ｎを増加させつつ分解能の改善の程度を計算することで、最適な次数Ｎを決定し、分解能の改善された合成開口レーダの画像を得ることができる。
【００７０】
また、上記次数Ｎ決定手段は、上記アジマスＦＦＴ部の出力を上記誤差係数計算部で計算した位相誤差で補償して得られた画像からエントロピーを計算するエントロピー計算手段と、エントロピーを用いて繰り返しの判定を行うエントロピー比較手段とを備えたので、最適な次数Ｎを決定し、分解能の改善された合成開口レーダの画像を得ることができる。
【００７１】
また、上記エントロピー計算手段は、画像の全体からエントロピーを計算するようにしたので、最適な次数Ｎを決定し、分解能の改善された合成開口レーダの画像を得ることができる。
【００７２】
また、上記エントロピー計算手段は、アジマス方向にエントロピーを計算して全てのレンジで平均してアジマス方向の画像のエントロピーを計算するようにしたので、分解能改善の程度との関係がより顕著にあらわれる。
【００７３】
また、上記次数Ｎ決定手段を、上記画像再生処理部の出力から点像を検出し、検出された点像応答を用いて繰り返しの判定を行う点像応答比較手段で構成することにより、最適な次数Ｎを決定し、分解能の改善された合成開口レーダの画像を得ることができる。
【００７４】
また、レーダプラットフォームにセンサを搭載して自機の運動を記録するレーダプラットフォーム運動測定部と、上記運動から次数Ｎの初期値を決定して上記スペクトル分割部に設定する次数Ｎ初期値決定部とをさらに備えたので、プラットフォームの運動を測定することで、Ｎの繰り返し回数を減らし、演算量を削減することができる。
【００７５】
また、気象状況を記録する気象状況記録部と、上記気象状況から次数Ｎの初期値を決定して上記スペクトル分割部に設定する次数Ｎ初期値決定部とをさらに備えたので、気象状況を記録することで、Ｎの繰り返し回数を減らし、演算量を削減することができる。
【００７６】
また、この発明に係る合成開口レーダの像再生方法によれば、高周波パルス信号を送信する送信ステップと、観測領域で散乱された信号を受信し増幅する受信ステップと、受信信号を処理して合成開口レーダ画像を得る画像再生処理ステップと、得られた画像をアジマス方向にフーリエ変換しスペクトルを得るアジマスＦＦＴステップと、スペクトルを位相誤差の次数Ｎに等しい数に等分割する分割ステップと、分割したスペクトルを逆フーリエ変換して画像を得るアジマスＩＦＦＴステップと、Ｎ個の画像のうち２つの画像の相互相関をとり画像のシフト量を求める処理を全ての組合せであるＮ（Ｎ−１）／２通り行う画像相関ステップと、画像のシフト量より位相誤差の係数を計算する誤差計数計算ステップと、上記分割ステップから上記誤差係数計算ステップまでの処理の所定回数繰り返す判定をする繰り返し判定ステップと、上記繰り返し判定ステップにより所定回数繰り返されたと判定された後に上記分割ステップに与える位相誤差の次数Ｎを増加させて上記分割ステップから上記繰り返しステップまでの処理を繰り返すか否かを判定する次数Ｎ決定ステップと、上記次数Ｎ決定ステップを経過して全レンジの位相誤差を補償したスペクトルを得る位相補償ステップと、補償後のスペクトルを逆フーリエ変換して合成開口レーダ画像を得るステップとを含むので、最適な多項式の次数Ｎを決定する方法を明確にし、分解能の改善された画像を得ることができる。
【００７７】
また、上記次数Ｎ決定ステップは、位相補償後の画像の分解能を用いて繰り返しの判定を行うようにしたので、Ｎを増加させつつ分解能の改善の程度を計算することで、最適な次数Ｎを決定し、分解能の改善された合成開口レーダの画像を得ることができる。
【００７８】
また、上記次数Ｎ決定ステップは、上記アジマスＦＦＴステップで得られる画像を上記誤差係数計算ステップで計算した位相誤差で補償して得られた画像からエントロピーを計算するエントロピー計算ステップと、エントロピーを用いて繰り返しの判定を行うエントロピー比較ステップとを備えたので、最適な次数Ｎを決定し、分解能の改善された合成開口レーダの画像を得ることができる。
【００７９】
また、上記エントロピー計算ステップは、画像の全体からエントロピーを計算するようにしたので、最適な次数Ｎを決定し、分解能の改善された合成開口レーダの画像を得ることができる。
【００８０】
また、上記エントロピー計算ステップは、アジマス方向にエントロピーを計算して全てのレンジで平均してアジマス方向の画像のエントロピーを計算するようにしたので、分解能改善の程度との関係がより顕著にあらわれる。
【００８１】
また、上記次数Ｎ決定ステップは、上記画像再生処理ステップから得られる出力から点像を検出し、検出された点像応答を用いて繰り返しの判定を行う点像応答比較ステップとすることにより、最適な次数Ｎを決定し、分解能の改善された合成開口レーダの画像を得ることができる。
【００８２】
また、レーダプラットフォームに搭載したセンサによる自機の運動を記録するレーダプラットフォーム運動測定ステップと、上記運動から次数Ｎの初期値を決定して上記分割ステップに設定する次数Ｎ初期値決定ステップとをさらに備えたので、プラットフォームの運動を測定することで、Ｎの繰り返し回数を減らし、演算量を削減することができる。
【００８３】
さらに、気象状況を記録する気象状況記録ステップと、上記気象状況から次数Ｎの初期値を決定して上記分割ステップに設定する次数Ｎ初期値決定ステップとをさらに備えたので、気象状況を記録することで、Ｎの繰り返し回数を減らし、演算量を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１に係る合成開口レーダ装置を示す構成図である。
【図２】  この発明の実施の形態１に係る合成開口レーダの像再生方法の動作を示すフローチャートである。
【図３】  この発明の実施の形態２に係る合成開口レーダ装置を示す構成図である。
【図４】  この発明の実施の形態２に係る合成開口レーダの像再生方法の動作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３に係る合成開口レーダ装置を示す構成図である。
【図６】  この発明の実施の形態３に係る合成開口レーダの像再生方法の動作を示すフローチャートである。
【図７】  この発明の実施の形態４に係る合成開口レーダ装置を示す構成図である。
【図８】  この発明の実施の形態４に係る合成開口レーダの像再生方法の動作を示すフローチャートである。
【図９】  この発明の実施の形態５に係る合成開口レーダ装置を示す構成図である。
【図１０】  この発明の実施の形態５に係る合成開口レーダの像再生方法の動作を示すフローチャートである。
【図１１】  この発明の実施の形態６に係る合成開口レーダ装置を示す構成図である。
【図１２】  この発明の実施の形態６に係る合成開口レーダの像再生方法の動作を示すフローチャートである。
【図１３】  従来例に係る合成開口レーダ装置を示す構成図である。
【図１４】  従来例に係る合成開口レーダの像再生方法の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１  送信部、２  送受信アンテナ、４  送受信切替部、５  受信部、６  画像処理部、７  アジマスＦＦＴ部、８  スペクトル分割部、９  アジマスＩＦＦＴ部、１０  画像相関部、１１  誤差計数計算部、１２  次数Ｎ決定部、１３  位相補償部、１４  画像全体のエントロピー計算部、１５  エントロピー比較部、１６  アジマス方向のエントロピー計算部、１７  点像検出部、１８  点像応答比較部、１９  レーダプラットフォーム運動測定部、２０  次数Ｎ初期値決定部、２１  気象状況記録部、２２  繰り返し判定部。
【図１】
0003740655.tif 000009
【図２】
0003740655.tif 000010
【図３】
0003740655.tif 000011
【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】
0003740655.tif 000016
【図９】
0003740655.tif 000017
【図１０】
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【図１１】
0003740655.tif 000019
【図１２】
0003740655.tif 000020
【図１３】
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【図１４】
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