(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動プラットフォームに搭載され高周波パルス信号を空間に放射するとともに、反射したエコー信号を収集する送受信アンテナと、
上記送受信アンテナで送信する高周波パルス信号を発生するとともに、上記送受信アンテナで収集された信号を増幅する広帯域送受信部と、
上記広帯域送受信部の出力信号を用いて像再生処理を行い、合成開口レーダの画像を得る像再生処理部と、
上記画像をプラットフォームの移動する進行方向にフーリエ変換するアジマスＦＦＴ部と、
上記画像のフーリエ変換結果を複数に等分割するスペクトル分割部と、
上記分割結果をプラットフォームの移動する進行方向にフーリエ逆変換するアジマスＩＦＦＴ部と、
上記フーリエ逆変換で得られた画像の隣接する画素の近傍平均をとる画素の近傍平均部と、
上記画素の近傍平均結果の複数の画像に対し、全ての組合わせで相関を計算する画像相関部と、
上記画像の相関結果から位相補償量を計算し補償する位相補償部と、
上記位相補償結果から画像を再生する画像再生部と
を備えた合成開口レーダ装置。
【請求項２】
請求項１に記載の合成開口レーダ装置において、
上記画像再生部で得られる画像を記録する画像記録部と、
近傍平均をとる画素の数によって繰り返し判定をする繰り返し判定部と、
上記画像記録部の画像のエントロピーを計算して、分解能の最も改善された画像を決定する画像のエントロピーを用いた決定部と
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３】
プラットフォーム上で高周波パルス信号を空間に放射すると共に、反射されたエコー信号を受信するステップと、
エコー信号の受信信号から合成開口レーダの画像を再生するステップと、
上記画像をプラットフォームの移動する進行方向にフーリエ変換するステップと、
上記画像のフーリエ変換結果を複数に等分割するステップと、
上記分割結果をプラットフォームの移動する進行方向にフーリエ逆変換するステップと、
上記フーリエ逆変換で得られた画像の隣接する画素の近傍平均をとるステップと、
上記画素の近傍平均結果の複数の画像に対し、全ての組合わせで相関を計算するステップと、
上記画像の相関結果から位相補償量を計算し補償するステップと、
上記位相補償結果から画像を再生する画像再生ステップと
を備えた合成開口レーダの像再生方法。
【請求項４】
請求項３に記載の合成開口レーダの像再生方法において、
上記画像再生ステップで得られる画像を記録する画像記録ステップと、
近傍平均をとる画素の数によって繰り返し判定をするステップと、
上記画像記録ステップの画像のエントロピーを計算して、分解能の最も改善された画像を決定するステップと
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合成開口レーダ装置及びそ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５に示すようなものがある。
図５は、W.G.Carrara,R.S.Goodman and R.M.Majewskｉ,"Spotlight Synthetic Aperture Radar",Artech House,１９９５の２５６ページに記載されたFigure６.６から想定される合成開口レーダ装置の構成図である。
この合成開口レーダ装置は、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計測誤差、加速度他によって受信信号の位相に生じる誤差（以降、位相誤差と称する。）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５において、１は、レーダプラットフォームに搭載され高周波パルス信号を空間に放射するとともに、反射したエコー信号を収集する送受信アンテナ、２は、上記送受信アンテナ１で送信する高周波パルス信号を発生するとともに、上記送受信アンテナ１で収集された信号を増幅する広帯域送受信部、３は、上記広帯域送受信部２からの信号を用いて合成開口レーダの画像を再生する像再生処理部、４は、上記画像をプラットフォームの進行方向である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、５は、選択した１レンジのスペクトルを、近似した多項式の次数であるＭＡＭ法の次数Ｎに等しい数で分割するスペクトル分割部、６は、分割したスペクトルをそれぞれ逆フーリエ変換したあと、その絶対値の２乗をとり、Ｎ個の画像を得るアジマスＩＦＦＴ部、７は、Ｎ個の上記画像のうち、２つの相互相関をとり画像の移動量を求める画像相関部であり、これは、Ｎ個の画像の組み合わせ数Ｎ（Ｎ−１）／２通り行う。８は、上記画像の移動量より位相補償量を計算し、その量でアジマスＦＦＴ部４で得られるスペクトルを補償する位相補償部、９は、位相補償したスペクトルから画像を得る画像再生部である。
【０００４】
次に動作について図６に示すフローチャートを参照して説明する。
図６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、広帯域送受信部２は、高周波パルス信号を発生させ、送受信アンテナ１は、電磁波を送信および受信し、広帯域送受信部２は、それを増幅する（ステップＳ１）。像再生処理部３は、広帯域送受信部２からの信号を用いて合成開口レーダの画像を得る（ステップＳ２）。
【０００５】
アジマスＦＦＴ部４は、上記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Ｓ３）。このとき、このスペクトル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、ｆは周波数であり、ＴPRIはパルス繰り返し時間である。
【０００６】
【数１】
0003740657.tif 000002
【０００７】
スペクトル分割部５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Ｓ４）。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。
【０００８】
【数２】
0003740657.tif 000003
【０００９】
アジマスＩＦＦＴ部６は、分割したスペクトルＳp（ｉ）（ｆ）を逆フーリエ変換し、その絶対値の２乗をとり、Ｎ個の画像を得る（ステップＳ５）。この画像は位相誤差φi（ｆ）によって移動し、その移動量は曲線φi（ｆ）のｆ=０での傾きで与えられる。この量を式（３）に示す。
【００１０】
【数３】
0003740657.tif 000004
【００１１】
画像相関部７は、Ｎ個の上記画像のうち２つの相互相関をとり画像の移動量を求める。また、この処理を、全ての組合せＮ（Ｎ−１）／２通り行う（ステップＳ６）。ｉ番目とｊ番目の画像の移動量ｄijを式（４）に示す。
【００１２】
【数４】
0003740657.tif 000005
【００１３】
これを行列を用いて表現したものを、式（５）〜（９）に示す。
【００１４】
【数５】
0003740657.tif 000006
【００１５】
位相補償部８は、式（５）を用いて位相補償量の係数を計算し、その量で位相補償する（ステップＳ７）。画像再生部９は、位相補償したスペクトルから合成開口レーダの画像を得る（ステップＳ８）。
【００１６】
【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、画像の相関をとることで位相補償量を求めているが、合成開口レーダの画像に発生するスペックル雑音による画像相関の誤差に対する対策はされていなかった。
【００１７】
この発明は上述した点に鑑みてなされたもので、スペックル雑音による画像相関の誤差を抑圧して位相補償量の推定精度を高め、分解能の改善された画像を得ることができる合成開口レーダ装置及びその像再生方法を得ることを目的とする。
【００１８】
【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、移動プラットフォームに搭載され高周波パルス信号を空間に放射するとともに、反射したエコー信号を収集する送受信アンテナと、上記送受信アンテナで送信する高周波パルス信号を発生するとともに、上記送受信アンテナで収集された信号を増幅する広帯域送受信部と、上記広帯域送受信部の出力信号を用いて像再生処理を行い、合成開口レーダの画像を得る像再生処理部と、上記画像をプラットフォームの移動する進行方向にフーリエ変換するアジマスＦＦＴ部と、上記画像のフーリエ変換結果を複数に等分割するスペクトル分割部と、上記分割結果をプラットフォームの移動する進行方向にフーリエ逆変換するアジマスＩＦＦＴ部と、上記フーリエ逆変換で得られた画像の隣接する画素の近傍平均をとる画素の近傍平均部と、上記画素の近傍平均結果の複数の画像に対し、全ての組合わせで相関を計算する画像相関部と、上記画像の相関結果から位相補償量を計算し補償する位相補償部と、上記位相補償結果から画像を再生する画像再生部とを備えたものである。
【００１９】
また、上記画像再生部で得られる画像を記録する画像記録部と、近傍平均をとる画素の数によって繰り返し判定をする繰り返し判定部と、上記画像記録部の画像のエントロピーを計算して、分解能の最も改善された画像を決定する画像のエントロピーを用いた決定部とをさらに備えたことを特徴とするものである。
【００２０】
また、この発明に係る合成開口レーダ装置の像再生方法は、プラットフォーム上で高周波パルス信号を空間に放射すると共に、反射されたエコー信号を受信するステップと、エコー信号の受信信号から合成開口レーダの画像を再生するステップと、上記画像をプラットフォームの移動する進行方向にフーリエ変換するステップと、上記画像のフーリエ変換結果を複数に等分割するステップと、上記分割結果をプラットフォームの移動する進行方向にフーリエ逆変換するステップと、上記フーリエ逆変換で得られた画像の隣接する画素の近傍平均をとるステップと、上記画素の近傍平均結果の複数の画像に対し、全ての組合わせで相関を計算するステップと、上記画像の相関結果から位相補償量を計算し補償するステップと、上記位相補償結果から画像を再生する画像再生ステップとを備えたものである。
【００２１】
さらに、上記画像再生ステップで得られる画像を記録する画像記録ステップと、近傍平均をとる画素の数によって繰り返し判定をするステップと、上記画像記録ステップの画像のエントロピーを計算して、分解能の最も改善された画像を決定するステップとをさらに備えたものである。
【００２２】
【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の構成を示すブロック図である。
図１において、図５に示す従来例と同一部分は同一符号を付してその説明は省略する。新たな符号として、１０は、隣接するｎ個の画素の近傍平均をとることで、スペックル雑音を低減する画素の近傍平均部である。ここで、ｎは、近傍平均をとる画素の数で、これにより、画像の画素数が１／ｎ倍となる。また、ｎはあらかじめ設定する。
【００２３】
次に、この実施の形態１の動作及び合成開口レーダ装置の像再生方法を図２のフローチャートを参照して説明する。
図２は、この発明の実施の形態１に係る合成開口レーダ装置の動作及び合成開口レーダ装置の像再生方法を示すフローチャートである。フローチャートにおいて、画素の近傍平均以外の処理は、図６に示す従来例と同じ処理である。
【００２４】
すなわち、広帯域送受信部２は、高周波パルス信号を発生させ、送受信アンテナ１は、電磁波を送信および受信し、広帯域送受信部２は、それを増幅する（ステップＳ１）。像再生処理部３は、広帯域送受信部２からの信号を用いて合成開口レーダの画像を得る（ステップＳ２）。
【００２５】
アジマスＦＦＴ部４は、上記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Ｓ３）。
スペクトル分割部５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Ｓ４）。
アジマスＩＦＦＴ部６は、分割したスペクトルＳp（ｉ）（ｆ）を逆フーリエ変換し、その絶対値の２乗をとり、Ｎ個の画像を得る（ステップＳ５）。
【００２６】
そして、本実施の形態１に係る画素の近傍平均部１０は、隣接するｎ個の画素の近傍平均をとることで、スペックル雑音を低減させる（ステップＳ９）。
画像相関部７は、上記画素の近傍平均結果の複数の画像に対し、全ての組合せで相関を計算する。
位相補償部８は、上記画像の相関結果から位相補償量を計算し、その量で位相補償する（ステップＳ７）。
画像再生部９は、位相補償したスペクトルから合成開口レーダの画像を得る（ステップＳ８）。
【００２７】
従って、上記実施の形態１によれば、画素の近傍平均部を設けることで、スペックル雑音が低減し、位相補償量の推定精度が上昇するため、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。
【００２８】
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の構成を示すブロック図である。
図３において、図１に示す実施の形態１と同一部分は同一符号を付してその説明は省略する。新たな符号として、１１は、画像再生部９によって再生された画像を記録する画像記録部、１２は、近傍平均をとる画素の数ｎが規定値ｎmaxより小さい場合、ｎを１増加させ、画素の近傍平均部１０に処理を戻し、ｎがｎmax以上ならば、処理を続行する繰り返し判定部であり、ここで、ｎmaxは近傍平均をとる最大の画素の数で、あらかじめ設定する。１３は、画像のエントロピーを用いた決定部で、画像記録部１１で記録された画像のエントロピーＨを式（１０）で計算し、エントロピーが最小のものを、最良の画像として出力して処理を終了する。これは、画像のエントロピーが小さいほど分解能が改善されていることによる。ここで、ｍは画素の濃度を表し、ｍmaxは画素濃度の最大値を表し、Ｐ（ｍ）はエントロピーを計算する画像内の画素濃度ｍの出現確率を表す。
【００２９】
【数６】
0003740657.tif 000007
【００３０】
次に、この実施の形態２の動作及び合成開口レーダ装置の像再生方法を図４のフローチャートを参照して説明する。
図４は、この発明の実施の形態２に係る合成開口レーダ装置の動作及び合成開口レーダ装置の像再生方法を示すフローチャートである。フローチャートにおいて、画像再生ステップＳ８までは実施の形態１と同じ処理である。
【００３１】
画像記録部１１は、画像再生部９によって再生された画像を記録する（ステップＳ１０）。
繰り返し判定部１２は、近傍平均をとる画素の数ｎと、規定値ｎmaxを比較し、ｎが小さい場合、ｎを１増加させ、画素の近傍平均（ステップＳ９）に処理を戻す。また、ｎがｎmax以上ならば、処理を続行する（ステップＳ１１）。
画像のエントロピーを用いた決定部１３は、画像記録部１１の画像からエントロピーを計算し、その中でエントロピーが最小のものを、最良の画像として出力して、処理を終了する（ステップＳ１２）。
【００３２】
従って、上記実施の形態２によれば、近傍平均をとる画素の数を変化させることで、スペックル雑音を最大限に抑圧でき、分解能の改善された合成開口レーダ画像を得ることができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、スペックル雑音による画像相関の誤差を抑圧するために、画像の相関をとる前に、隣接する画素の近傍平均をとることで、スペックル雑音を低減し、位相補償量の推定精度を高め、分解能の改善された画像を得ることができる。
【００３４】
また、近傍平均をとる画素の数を変化させることで、スペックル雑音を最大限に抑圧でき、分解能の改善された合成開口レーダ画像を得ることができる。
【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の構成を示すブロック図である。
【図２】  この発明の実施の形態１に係る合成開口レーダ装置の動作及び合成開口レーダ装置の像再生方法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の構成を示すブロック図である。
【図４】  この発明の実施の形態２に係る合成開口レーダ装置の動作及び合成開口レーダ装置の像再生方法を示すフローチャートである。
【図５】  従来例に係る合成開口レーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図６】  従来例に係る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。
【符号の説明】
１  送受信アンテナ、２  広帯域送受信部、３  像再生処理部、４  アジマスＦＦＴ部、５  スペクトル分割部、６  アジマスＩＦＦＴ部、７  画像相関部、８  位相補償部、９  画像再生部、１０  画素の近傍平均部、１１  画像記録部、１２  繰り返し判定部、１３  画像のエントロピーを用いた決定部。
【図１】
0003740657.tif 000008
【図２】
0003740657.tif 000009
【図３】
0003740657.tif 000010
【図４】
0003740657.tif 000011
【図５】
0003740657.tif 000012
【図６】
0003740657.tif 000013