JP2017106799A - 合成開口レーダ装置及びそのレーダ信号処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】固定目標と移動目標の相対位置関係に生じる誤差を軽減して両者の画像を重畳する。【解決手段】ＳＡＲレーダ装置において、移動体の移動方向軸上で、アンテナの実開口をＡｚ面に開口２分割して形成されるΣビームとΔビームを画像化範囲に向けて送受信し、ΣビームとΔビームの送受信によってΣ信号、Δ信号を取得する。信号処理系では、Σ信号を周波数領域で圧縮処理して固定目標を含む画像化範囲の全体画像を作成し、Σ信号、Δ信号から移動方向軸に沿ったＮ点のΣ信号、Δ信号を取得し、周波数領域で圧縮処理してＲＤ信号を生成し、ＲＤ信号から移動目標を抽出して移動目標のシンボルまたは画像を作成し、抽出した移動目標のレンジ−ドップラセルのΣ信号とΔ信号を用いてモノパルス測角し、その測角値と検出したレンジより移動目標の位置を算出し、前記固定目標を含む画像化範囲の全体画像に前記移動目標のシンボルまたは画像を重畳する。【選択図】図１

Description

本実施形態は、固定目標と移動目標が混在する環境下において、合成開口処理を用いて、固定目標と移動目標を出力する合成開口レーダ装置及びそのレーダ信号処理方法に関する。

従来の合成開口レーダ装置（ＳＡＲ：Synthetic Aperture Radar）では、ＳＡＲ処理において、合成開口長が大開口のアレイアンテナ（以下、大開口アレイ）を用いて、固定目標に対して位相を合わせ、最大ベクトルとなるように合成する。この処理によれば、固定目標の場合は、合成開口時間内で一定の位置にあるため、正しい位置に画像化することが可能である（非特許文献１，２，３参照）。一方、移動目標の場合は、合成開口時間内でその位置が変化するため、位相が変化して大開口アレイの波面ずれが生じてしまい、正しい位置からシフトした位置に画像が生成される。これが画像シフトと呼ばれる現象であり、固定目標の画像に移動目標の画像を重畳すると、固定目標と移動目標の相対位置関係に大きな誤差が生じる課題があった（非特許文献４参照）。

ＳＡＲ方式（レンジ圧縮）、大内、"リモートセンシングのための合成開口レーダの基礎"、東京電機大学出版局、pp.131-149(2003) ＳＡＲ方式（Ａｚ圧縮）、大内、"リモートセンシングのための合成開口レーダの基礎"、東京電機大学出版局、pp.171-178(2003) ＳＡＲ方式（大開口アレイ合成、スポットライトＳＡＲ）、吉田、"改訂レーダ技術"、電子情報通信学会、pp.280-283(1996) ＳＡＲ方式（移動体の画像シフト）、大内、"リモートセンシングのための合成開口レーダの基礎"、東京電機大学出版局、pp.218-223(2003) 位相モノパルス（位相比較モノパルス）方式、吉田、"改訂レーダ技術"、電子情報通信学会、pp.280-283(1996) 振幅モノパルス（振幅比較モノパルス）方式、吉田、"改訂レーダ技術"、電子情報通信学会、pp.280-283(1996) サンプリング処理、Charles V.Jakowats.JR.,"Spotlight-Mode Synthetic Aperture Radar:A Signal Processing Approach", Springer,pp.136-139(1996)

以上述べたように、従来の合成開口レーダ装置では、画像シフトの影響により、固定目標の画像に移動目標の画像を重畳すると、固定目標と移動目標の相対位置関係に大きな誤差が生じる課題があった。

本実施形態は上記課題に鑑みなされたもので、固定目標の画像に移動目標の画像を重畳する際に、固定目標と移動目標の相対位置関係に生じる誤差を軽減することのできる合成開口レーダ装置とそのレーダ信号処理方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本実施形態は、移動体に搭載される合成開口（ＳＡＲ：Synthetic Aperture Radar）レーダ装置において、送受信手段と、信号処理手段とを備える。送受信手段は、前記移動体の移動方向軸上で、アンテナの実開口をＡｚ面に開口２分割して形成されるΣビームとΔビームを画像化範囲に向けて送受信する。信号処理手段は、前記ΣビームとΔビームの送受信によって取得されるΣ信号、Δ信号から固定目標と移動目標を抽出してそれぞれの画像を重畳するもので、固定目標処理部と、移動目標処理部と、画像重畳部とを備える。固定目標処理部は、前記Σ信号を周波数領域で圧縮処理して固定目標を含む画像化範囲の全体画像を作成する。移動目標処理部は、前記Σ信号、Δ信号からそれぞれ前記移動方向軸に沿ったＮ（Ｎは自然数）点の信号を取得し、前記Ｎ点のΣ信号、Δ信号をそれぞれ周波数領域で圧縮処理してレンジ−周波数軸のＲＤ（Range Doppler）信号を生成し、前記ＲＤ信号から移動目標を抽出して移動目標のシンボルまたは画像を作成し、抽出した移動目標のレンジ−ドップラセルのΣ信号とΔ信号を用いてモノパルス測角し、その測角値と検出したレンジより前記移動目標の位置を算出する。画像重畳部は、前記固定目標を含む画像化範囲の全体画像に前記移動目標のシンボルまたは画像を重畳する。

第１の実施形態に係る合成開口レーダ装置の構成を示すブロック図。 図１に示す装置において、機体フライト軸（飛翔経路）と画像化範囲との位置関係を示す図。 図１に示す装置において、スポットライトＳＡＲの場合の画像表示を定義する座標系を示す図。 図１に示す装置において、モノパルス測角により目標角度を求める手法を説明するための図。 第２の実施形態に係る合成開口レーダ装置の構成を示すブロック図。 図５に示す装置において、フライト方向に移動する場合のレンジ軸とクロスレンジ軸における移動目標のドップラ成分を示す図。 図５に示す装置において、合成開口長を重複分割した場合の観測位相を示す図。 第３の実施形態に係る合成開口レーダ装置の構成を示すブロック図。 図８に示す装置において、全合成開口長についてＭ個のサブアパチャーに分割し、この分割単位毎にＲＤ画像を生成する様子を示す図。 図８に示す装置において、フライト軸上でＭ個のサブアパーチャを重複を許容して順次ずらしながら形成する様子を示す図。 図８に示す装置において、全開口面による全体画像とＭ個のサブアパーチャによる分割画像それぞれにおける位相差観測結果と移動目標抽出結果を示す図。 図８に示す装置において、画像化範囲を角度分割し、分割毎に抽出した振幅極値点における位相差に対するヒトストグラムを表現する図。 第４の実施形態に係る合成開口レーダ装置の構成を示すブロック図。 第５の実施形態に係る合成開口レーダ装置の構成を示すブロック図。 図１４に示す装置において、同時サンプルに対する間引きサンプルの場合のサンプル状況と積分範囲を説明するための図。 合成開口レーダ装置において、移動目標の位相変化による画像シフトを説明するための図。

従来の合成開口レーダ装置において、ＳＡＲ処理では、大開口アレイを用いて固定目標に対して位相を合わせ、最大ベクトルとなるように固定目標画像に移動目標画像を合成するが、図１６（ａ），（ｂ）に示すように、移動目標の位置が合成開口時間内で変化するため、図１６（ｃ）に示すように、位相が変化して大開口アレイの波面ずれが生じてしまい、正しい位置からシフトした位置に画像が生成される。これが画像シフトと呼ばれる現象であり、固定目標の画像に移動目標の画像を重畳すると、固定目標と移動目標の相対位置関係に大きな誤差が生じる。そこで、この課題を解決するための実施形態について、図面を参照して説明する。尚、各実施形態の説明において、同一部分には同一符号を付して示し、重複する説明を省略する。

（第１の実施形態）
図１は第１の実施形態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に示すレーダ装置において、アンテナ１は複数のアンテナ素子を配列して大開口アレイを形成してなるフェーズドアレイアンテナである。

送受信器２は送受信部２１から合成開口時間（１サイクル）内でＰＲＩ（Pulse Repetition Interval）間隔で送出される特定周波数の送信パルス信号（以下、ＰＲＦ（Pulse Repetition Frequency）信号）をアンテナ１に送り、ビーム制御部２２からの指定方向に送出してその反射波を受信する。ここで、ビーム制御部２２は、画像化したい範囲にビームを指向させる。また、送受信器２は、送受信部２１において、アンテナ１の複数のアンテナ素子でそれぞれ受信された信号をビーム制御部２２からの指示に従って位相制御を施し合成することで、任意の方向に和（Σ）及び差（Δ）の受信ビームを形成してそれぞれのＰＲＦ受信信号（以下、Σ信号、Δ信号と記す）を取得し、信号処理器３に送る。ここで、Σ信号及びΔ信号は、それぞれ実アンテナ開口の方位面（Ａｚ面）に開口２分割した場合の和信号と差信号の出力である。ΣやΔ信号を得る場合に、サイドロ−ブを低減する重み付け等を用いてもよい。

上記信号処理器３に入力されたΣ信号、Δ信号は、ＡＤ（Analog-Digital）変換部３１でデジタル信号に変換される。このうち、Σ信号は固定目標処理系と移動目標処理系に分配され、Δ信号は移動目標処理系に送られる。

固定目標処理系において、レンジ圧縮部３２及びＡｚ圧縮部３３は、それぞれ合成開口の受信サイクル毎に、ディジタル化された開口アレイのＰＲＦ受信信号をレンジ（距離）方向、クロスレンジ（アジマス角）方向に圧縮処理する。圧縮処理は、入力信号と圧縮用の参照信号との相関処理であり、周波数軸上において、入力信号のＦＦＴ（高速フーリエ変換：Fast Fourier Transform）結果と参照信号のＦＦＴ結果との乗算を行うことで固定目標を含む画像化範囲の全体画像を得る。この全体画像は画像重畳部３４に送られる。

一方、移動目標処理系において、入力処理部３５は、Σ信号からＰＲＩ内のレンジセル単位でデータを取得する。各レンジセルのデータは、レンジ圧縮部３６及びＡｚ圧縮部３７において、必要に応じてポーラフォーマット変換等を含めたＦＦＴ（Fast Fourier Transform）処理によるレンジ方向及びクロスレンジ方向の圧縮処理により画像化（以下、ＳＡＲ画像）された後、極大値抽出部３８に送られる。この極大値抽出部３８は、ＳＡＲ画像から、最大振幅からＰ番目までの極大値を抽出する。極大値抽出結果は移動目標抽出部３９に送られる。この移動目標抽出部３９は、ＳＡＲ画像の極大値について位相差を検出し、その位相差がスレショルドを超える画素を移動目標として抽出する。抽出された画素は移動目標セル抽出部３１０に送られる。この移動目標セル抽出部３１０は、移動目標の抽出画素が存在するセルを抽出するもので、抽出セルのΣデータはモノパルス測角部３１１に送られる。

また、移動目標処理系において、入力処理部３１２は、Δ信号からＰＲＩ内のレンジセル単位でデータを取得するが、移動目標抽出部３９が移動目標を抽出していることを利用して、移動目標結果に基づいて、移動目標が存在するレンジセルのデータを取得する。抽出されたレンジセルのデータは、レンジ圧縮部３１３及びＡｚ圧縮部３１４において、必要に応じてポーラフォーマット変換等を含めたＦＦＴ（Fast Fourier Transform）処理によるレンジ方向及びクロスレンジ方向の圧縮処理によりシンボル化または画像化（以下、ＳＡＲ画像）された後、移動目標セル抽出部３１５に送られる。この移動目標セル抽出部３１５は、Σ信号側の移動目標セル抽出部３１０の抽出結果に基づいて、Δ信号の対応するセルを抽出する。抽出セルのΔデータはモノパルス測角部３１１に送られる。

上記モノパルス測角部３１１は、抽出セルのΣデータ及びΔデータについてモノパルス測角を行うことで、移動目標が存在する角度が求められる。このモノパルス測角結果は移動目標位置算出部３１６に送られる。この移動目標位置算出部３１６は、モノパルス測角結果に基づいて移動目標が存在する位置を算出する。ここで算出された移動目標位置は画像重畳部３４に送られ、画像重畳部３４は、Σ信号から得られた固定目標を含む画像化範囲の全体画像に、Σ信号とΔ信号から算出された移動目標の位置に移動目標のシンボルまたは移動目標の画像を重畳して出力する。

上記構成によるレーダ装置において、ＳＡＲ方式について述べる。図２は、スポットライトＳＡＲ（非特許文献３参照）の場合であり、搭載レーダによる実開口ビームを画像化範囲に常に照射するようにビームを向けて、合成開口時間（１サイクル）内でＰＲＩ（Pulse Repetition Interval）間隔で送信したパルス毎に、ＰＲＩ内のレンジセル単位でデータを取得する。図３に座標系の定義を示す。この取得データを用いてＳＡＲ処理を実施してＳＡＲ画像を得る。なお、図３はスポットライトＳＡＲの場合の図であるが、ＳＡＲ画像を得られれば、側方を観測するストリップマップＳＡＲ等の他の方式でもよい。

図１に示すレーダ装置では、ビーム制御（２２）により、画像化したい範囲にビームを指向させ、そのビームをアンテナ１により送受信し、これによって得られた信号をＡＤ変換（３１）によりディジタル信号に変換する。

ここで、ＦＦＴ画像の生成方法とＦＦＴ画像における移動目標の値を抽出する方法について述べる。まず、パルス圧縮によるレンジ圧縮（３２）を行う。パルス圧縮は、入力信号とパルス圧縮用の参照信号の相関処理であり、これを周波数軸で行う（非特許文献１参照）。周波数軸上では、入力信号のＦＦＴ結果と参照信号のＦＦＴ結果の乗算を行う。

時間軸上にするには、パルス圧縮後の信号sを逆フーリエ変換すればよいが、この後でＡｚ圧縮（３３）（クロスレンジ圧縮、非特許文献２参照）を行うために、信号sの（ω，ｕ）軸のままとする。次にクロスレンジの参照信号fs0を生成する。

前述のsとクロスレンジ圧縮用のfs0を乗算して、信号csを得る。

これを用いて、ｕ軸でＦＦＴして信号fcs(ω,ku)を得る。

レンジ−ドップラ画像（以下ＲＤ（Range Doppler）画像と略す）出力は、fcsのω軸に関する逆ＦＦＴにより算出できる。

ＲＤ画像では、Ｘ軸がパルス圧縮によるレンジ（目標までの往復時間ｔに比例、ｔ軸）、Ｙ軸がＦＦＴによるクロスレンジ（ドップラー成分に比例、ku軸）に対応する。

以上の処理により、ＲＤ画像を生成することができる。そこで、速度・加速度を用いて参照信号を探索して移動目標を検出する手法（第２の実施形態）や、サブアパチャー毎のＲＤ画像の位相ずれ（第３の実施形態）、振幅ずれ（第４の実施形態）を用いて移動目標を抽出する手法等により移動目標を検出し、レンジ−ドップラセルを選定して、ΣとΔのセルを用いて測角演算を行う。ここで、Δは実アンテナ開口の方位面（Ａｚ面）に開口２分割した場合の差信号の出力である。ΣやΔ信号を得る場合に、サイドロ−ブを低減する重み付け等を用いるようにしてもよい。

図４（ａ）は角度−振幅特性，（ｂ）の角度−誤差電圧特性を示している。この図４（ａ），（ｂ）に示すように、誤差電圧εと予め作成した誤差電圧テーブルとの比較により位相モノパルス測角を行う（非特許文献５参照）。

尚、ＳＡＲ測角について、ΣとΔ信号による位相モノパルス測角の場合について述べたが、Δ信号の代わりに、Σ信号ビームからスクイント角分ずらせたΣ２ビームを用いて、スクイント測角してもよい。この場合は、誤差電圧は次式となる。

この誤差電圧εと予め作成した誤差電圧テーブルを用いることで測角することができるが、振幅のみを用いた振幅モノパルスの場合でも測角することができる（非特許文献６参照）。

この測角値と距離を用いて、次式により２次元位置を画像化（３４）する。

以上のように、第１の実施形態に係る合成開口レーダ装置では、実開口アンテナをＡｚ面に開口２分割したΣとΔビームの出力において、フライト軸に従って取得した入力信号（１〜Ｎ点）に対して、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）したレンジ（Ｘ）−周波数（Ｙ）軸の出力のうち、移動目標を抽出したレンジ−ドップラセルのΣとΔ信号を用いて、モノパルス測角した測角値と検出した距離（レンジ）により、移動目標の位置を算出して、固定目標を含む画像化範囲の全体画像に重畳する。すなわち、移動目標を抽出し、そのレンジ−ドップラセルの測角値と距離（レンジ）を用いて移動目標の位置を算出することにより、移動目標の速度による位置誤差を軽減することができる。

（第２の実施形態）参照信号の探索による移動目標検出
第１の実施形態では、移動目標を検出し、その移動目標を高分解能測角して、正確な位置を算出する方式について述べた。本実施形態では、移動目標を検出するために参照信号の探索法を用いる手法について述べる。

図５は第２の実施形態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５において、図１に示した第１の実施形態の合成開口レーダ装置と異なる点は、移動目標処理系の入力処理部３８，３１２に代わって速度・加速度補正部３１７，３１８を配置する。これらの補正部３１７，３１８は、それぞれΣ信号、Δ信号について、移動目標に影響するドップラ成分による速度、加速度を補正する。また、図１に示した移動目標抽出部３９に代わって、極値最大による移動目標抽出部３１９を配置する。この移動目標抽出部３１９は、ＳＡＲ画像の極大値について位相差を検出し、その位相差がスレッショルドを超える画素を移動目標として抽出するのではなく、ＳＡＲ画像の極値が最大となる画素を移動目標として抽出する。

本実施形態では、まず、移動目標と固定目標の場合の画像の違いについて、図６及び図７を用いて説明する。図６に示すように、フライト方向に速度Ｖで移動する搭載レーダのレンジ軸とクロスレンジ軸において、移動目標の場合には、レーダから見てラジアル方向（視線方向）に対する速度ベクトル成分によりドップラ成分が発生する。このため、図７に示すように、合成開口長の分割１，２，…，Ｎにおいて、（１）目標固定の場合の位相面、（２）目標の速度ベクトルによる位相面のずれを勘案すると、（３）観測位相（１）＋（２）については位相差（位相１，２，…，Ｎ）が発生する。これにより、実際の位置からシフトした位置に画像が生成されることになる（非特許文献４参照）。

移動目標に焦点を合わせて画像化するためには、相対速度（Ｖｘ，Ｖｙ）と相対加速度（Ａｘ，Ａｙ）を補正した参照信号を用いて、Ａｚ圧縮する必要がある。このために、所定の範囲のＭ通りの速度と加速度を用いて（４）式を変形すると、次式となる。

続いて、（１２）式と（５）〜（７）式を用いて、Ｍ個のＲＤ画像を得て、最も振幅極値が大きいセルを抽出する。この際に、固定画像と区分するために、移動目標は固定目標よりも、セルの広がりが小さいことを利用する。このために、極値を中心にセルの広がりを検出し、所定のスレショルド以下であれば、移動目標と判定する。この抽出したセルに対して、（８）〜（１１）式を用いて、移動目標の２次元座標を得ることができる。

以上のように、第２の実施形態では、移動目標を抽出するために、所定の範囲（画像化範囲）を所定の単位で分割し、各分割単位の領域毎に補正速度及び補正加速度の少なくともいずれか一方の補正信号を用いてＲＤ信号を補正し、補正後のＲＤ信号からレンジ−ドップラ画像を取得し、各々の補正速度−補正加速度の画像の中で最大振幅となるレンジ−ドップラセルを抽出して、モノパルス測角した測角値と検出したレンジより、移動目標の位置を算出して、固定目標を含む全体画像に重畳する。すなわち、補正速度または補正加速度の少なくともいずれか一方の補正信号により生成した画像の振幅最大値を得ることで、移動目標を検出するようにしているので、位置誤差を軽減することができる。

（第３の実施形態）サブアパチャーの位相による移動目標検出
第１の実施形態では、移動目標を検出し、その移動目標を高分解能測角して、正確な位置を算出する方式について述べた。本実施形態では、移動目標を検出するためにサブアパチャーに分割する方式について述べる。

図８は第３の実施形態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８において、図１に示した第１の実施形態の合成開口レーダ装置と異なる点は、移動目標処理系のΣ信号の入力処理部３５に代わってデータ分割部３２０を配置し、入力処理部３１２を配置せずにΔ信号を直接レンジ圧縮部３１３に入力し、移動目標抽出部３９に代わって複数画像間位相差による移動目標抽出部３２１を配置するようにしたことにある。

本実施形態では、まず、図９及び図１０に示すように、全合成開口長について重複を許容して順次ずらしながらＭ個のサブアパチャーに分割する。このＭ個の分割単位毎にＲＤ画像を生成する。次に、この各々の画像から、振幅極値を抽出する。

Ｍ通りのＳＡＲによるＲＤ画像は、振幅強度の配列であり、I(m)(x,y)（ｍ＝１〜Ｍ）と表現する。ここで、ｘはレンジ、ｙはクロスレンジである。画像の様子を図１１に示す。図１１において、（ａ）は全体画像、（ｂ）は分割１〜Ｍそれぞれの画像を示している。

次に、I(m)(x,y)より、極大値を抽出する（３８）。この方式としては、例えば、次の手順とする。

(1) I(m)(x,y)画像の強度をIamp(m)(x,y）として、Iamp(m)の最大値を算出し最大値となるx,yを抽出する。
(2) このx,yの周囲の所定の範囲の強度をゼロとする。
(3) 以降、極大値が所定の振幅以下になるまで(1)、(2)を繰り返して、極大値となる反射点の振幅値Iamp(m)と位相Iphs(m)とその座標(x,y)(m)（ｍ＝１〜Ｍ）を得る。

ここで、分割画像を生成するには、異なるサンプル点のデータが必要である。そこで、合成開口長の全サンプル数をNallとすると、Ｍ分割する場合には、Nall = N×M点のサンプル点が必要である。観測ポイント数がそれより少ない場合には、次式に示すゼロ埋めとＦＦＴを用いた手法により、サンプル点数を増やしたxzとして、処理すればよい。

サンプル点数を増やす他の方式としては、サンプリング定理を利用して、観測データにsinc関数により重み付けをして、サンプリングデータを補間する手法もある（非特許文献７参照）。

次に、固定目標と移動目標を区分して、画像位置を補正する方法を説明する。ここでは、この固定目標と移動目標を区分する手法として、位相差の度数分布による差による手法について述べる。

固定目標の場合、複数画像間では、ほぼ同等の位相差になり、移動目標では、速度に応じて固定目標と異なる位相差となる。この原理を用いて、例えば、画像化範囲を図１２（ａ）に示すように角度分割し、分割毎に所定の振幅スレショルド（図１２（ｂ））を用いて抽出した振幅極値点における位相差について、位相差に対する度数分布であるヒトストグラムに表現すると図１２（ｃ）に示すようになる。一般的に移動目標よりも固定目標点数の方が多いため、ヒストグラムにおいて、度数の多い反射点の位相を基準として、所定の位相スレショルドを超える反射点を抽出すれば、固定目標から移動目標を抽出することができる。

ヒストグラムに用いる位相差としては、具体的には、Ｍ個の画像があるため、次式により位相差を算出する。

この位相差の平均値Iphs_aveを用いて、ヒストグラムを生成すればよい。なお、Ｍ個の画像のうち、任意の２枚の画像等を用いて、位相差を算出してもよいのは言うまでもない。

移動目標を抽出すれば、そのレンジ−ドップラセルに対して、（８）〜（１１）式を用いて、移動目標の２次元座標を得ることができる。

以上のように、第３の実施形態では、固定目標か移動目標を抽出するために、重複を含めてＭ通りのサブアパチャーに分割して、振幅の最大からＰ番目までの極値を算出し、その極値におけるＭ通りの出力の位相差を、位相差を横軸にしたヒストグラムにする。そして、度数が所定のスレショルドよりも大きい位相差の目標を固定目標と判定し、それ以外を移動目標点として抽出し、抽出したレンジ−ドップラセルのΣ信号とΔ信号を用いて、モノパルス測角した測角値と検出したレンジより、移動目標の位置を算出して、固定目標を含む全体画像に重畳するようにしている。

すなわち、重複を含めてＭ通りのサブアパチャーに分割した位相量の変化を用いて、固定目標の中から、移動目標を抽出するようにしているので、レンジと測角値を用いて求められる移動目標の位置誤差を軽減することができる。

（第４の実施形態）サブアパチャーの振幅による移動目標検出
第３の実施形態では、移動目標を検出するためにサブアパチャーに分割し、位相差を検出する手法について述べた。本実施形態では、振幅の移動量を用いて移動目標を検出する手法について述べる。

図１３は第２の実施形態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１３において、図８に示した第３の実施形態の合成開口レーダ装置と異なる点は、複数画像間位相差による移動目標抽出部３２１に代わって複数画像間振幅移動による移動目標抽出部３２２を配置するようにしたことにある。

本実施形態では、第３の実施形態の極大値抽出（３８）で得た振幅極値を用いて、所定のスレショルドを超えるセルの振幅重み付け重心を算出する。この重心の位置のサブアパチャー毎の移動量を算出すると、レンジ−クロスレンジの位置ずれとサブアパチャーの時間間隔より、Vx（レンジ），Vy（クロスレンジ）の速度成分も算出することができる。このVxまたはVyが所定の値を超えた場合に、移動目標と判定する。

移動目標を抽出すれば、そのレンジ−ドップラセルに対して、（８）〜（１１）式を用いて、移動目標の２次元座標を得ることができる。

以上のように、第４の実施形態では、固定目標か移動目標を抽出するために、重複を含めてＭ通りのサブアパチャーに分割して、振幅の最大からＰ番目までの極値を算出し、その振幅極値の移動量が所定のスレショルドを超える点を移動目標として抽出する。そして、抽出したレンジ−ドップラセルのΣ信号とΔ信号を用いて、モノパルス測角した測角値と検出したレンジより移動目標の位置を算出して、固定目標を含む全体画像に重畳するようにしている。

すなわち、受信チャンネルが１ｃｈの場合でも、ＰＲＩ単位でΣビームとΔビームを切り替えて受信して２ｃｈの信号を得る際に、Σ信号とΔ信号のドップラ軸における位相中心を一致させることにより、各々の受信信号を合成して得たΣ信号とΔ信号を用いて高精度に測角するようにしているので、レンジと測角値を用いて求められる移動目標の位置誤差を軽減することができる。

（第５の実施形態）間引きサンプリング
第１乃至第４の実施形態では、ΣとΔの２ｃｈの受信系統が必要である。本実施形態では、コスト低減等によってハードウェア規模を削減するために、１ｃｈの受信系統しか装備できない場合に、フライト軸（ｕ軸）上のサンプリング毎に、ΣとΔの２ｃｈの切り替えを行う手法について述べる。

図１４は第５の実施形態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１４において、図１に示した第１の実施形態の合成開口レーダ装置と異なる点は、送受信器２において、送受信部２１の出力をフライト軸（ｕ軸）上のサンプリング毎に、ΣとΔの２ｃｈの切り替えを行うΣ／Δ切替部２３を装備するようにしたことにある。

すなわち、移動目標の時間ずれを考慮すると、ΣとΔ（ここではΔＡｚ）の同時サンプルが図１５（ａ）に示すように得られる場合、それぞれのサンプリングでは、図１５（ｂ）に示すように、ＦＦＴ後のドップラバンク信号の位相中心を合わせて、測角できるようにする必要がある。このために、ｕ軸上のΣとΔＡｚのサンプリング点の時間の平均値を合わせておく。

このΣとΔを用いて、第１乃至第４の実施形態と同様の手法を適用することにより、移動目標の２次元の位置を算出することができる。

なお、Δ信号として、少なくともＡｚ面の信号を用いたが、同様の手法で、仰角面（EL面）のΔ信号を用いて、距離とＡｚとＥＬの角度により、移動目標の位置を算出することができる。

以上のように、第５の実施形態では、受信チャンネルが１ｃｈの場合に、ＰＲＩ単位でΣとΔを切り替えて受信し、積分時間の位相中心を一致させ、Σの積分数をΔに比べて多くしてΣのドップラ軸のグレーティングローブを抑えて測角するようにしている。

すなわち、受信チャンネルが１ｃｈの場合でも、ＰＲＩ単位でΣとΔを切り替えて受信して２ｃｈの信号を得る際に、ΣとΔ信号のドップラ軸における位相中心を一致させるようにしているので、各々の受信信号を合成して得たΣとΔの信号を用いて高精度に測角し、レンジと測角値を用いて、移動目標の位置誤差を軽減できる。

なお、合成開口処理方式については、ＲＤ画像について示したが、ポーラフォーマット変換画像再構成処理（非特許文献７参照）を用いてもよい。

また、スポットライトＳＡＲの場合について述べたが、側方監視のストリップマップＳＡＲ（サイドルッキングマッピングに同じ、非特許文献３参照）の場合でも上記の実施形態の手法を適用することができる。

その他、本実施形態は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１…アンテナ、２…送受信器、２１…送受信部、２２…ビーム制御部、２３…Σ／Δ切替部、３…信号処理器、３１…ＡＤ（Analog-Digital）変換部、３２…レンジ圧縮部、３３…Ａｚ圧縮部、３４…画像重畳部、３５…入力処理部、３６…レンジ圧縮部、３７…Ａｚ圧縮部、３８…極大値抽出部、３９…移動目標抽出部、３１０…移動目標セル抽出部、３１１…モノパルス測角部、３１２…入力処理部、３１３…レンジ圧縮部、３１４…Ａｚ圧縮部、３１５…移動目標セル抽出部、３１６…移動目標位置算出部、３１７，３１８…速度・加速度補正部、３１９…極値最大による移動目標抽出部、３２０…データ分割部、３２１…複数画像間位相差による移動目標抽出部、３２２…複数画像間振幅移動による移動目標抽出部。

Claims (6)

1. 移動体に搭載される合成開口（ＳＡＲ：Synthetic Aperture Radar）レーダ装置において、
   前記移動体の移動方向軸上で、アンテナの実開口をＡｚ面に開口２分割して形成されるΣビームとΔビームを画像化範囲に向けて送受信する送受信手段と、
   前記ΣビームとΔビームの送受信によって取得されるΣ信号、Δ信号から固定目標と移動目標を抽出してそれぞれの画像を重畳する信号処理手段と
   を具備し、
   前記信号処理手段は、
   前記Σ信号を周波数領域で圧縮処理して固定目標を含む画像化範囲の全体画像を作成する固定目標処理部と、
   前記Σ信号、Δ信号からそれぞれ前記移動方向軸に沿ったＮ（Ｎは自然数）点の信号を取得し、前記Ｎ点のΣ信号、Δ信号をそれぞれ周波数領域で圧縮処理してレンジ−周波数軸のＲＤ（Range Doppler）信号を生成し、前記ＲＤ信号から移動目標を抽出して移動目標のシンボルまたは画像を作成し、抽出した移動目標のレンジ−ドップラセルのΣ信号とΔ信号を用いてモノパルス測角し、その測角値と検出したレンジより前記移動目標の位置を算出する移動目標処理部と、
   前記固定目標を含む画像化範囲の全体画像に前記移動目標のシンボルまたは画像を重畳する画像重畳部と
   を備える合成開口レーダ装置。
2. 前記移動目標処理部は、前記画像化範囲を所定の単位で分割し、各分割単位の領域毎に補正速度及び補正加速度の少なくともいずれか一方の補正信号を用いて前記ＲＤ信号を補正し、補正後のＲＤ信号から抽出される移動目標の中で最大振幅となるレンジ−ドップラセルを抽出し、抽出した移動目標について前記モノパルス測角する請求項１の合成開口レーダ装置。
3. 前記移動目標処理部は、前記Σ信号を重複を含めてＭ（Ｍは２以上の自然数）通りのサブアパチャーに分割し、前記Ｍ通りに分割されたサブアパチャー毎にＲＤ画像を生成し、前記Ｍ通りのＲＤ画像それぞれから振幅極値を抽出し、前記Ｍ通りの振幅極値について最大からＰ（Ｐは２以上の自然数）番目まで算出し、それぞれの極値におけるＭ通りの出力の位相差を横軸にしてヒストグラムを作成し、前記ヒストグラムに示される度数が所定のスレショルドよりも大きい位相差の目標を固定目標と判定し、それ以外を移動目標点として抽出し、抽出した移動目標点のレンジ−ドップラセルのΣ信号とΔ信号を用いてモノパルス測角する請求項１記載の合成開口レーダ装置。
4. 前記移動目標処理部は、前記Σ信号を重複を含めてＭ（Ｍは２以上の自然数）通りのサブアパチャーに分割し、前記Ｍ通りに分割されたサブアパチャー毎にＲＤ画像を生成し、前記Ｍ通りのＲＤ画像それぞれから振幅極値を抽出し、前記Ｍ通りの振幅極値について最大からＰ（Ｐは２以上の自然数）番目まで算出し、それぞれの振幅極値の移動量が所定のスレショルドを超える点を移動目標として抽出し、抽出した移動目標点のレンジ−ドップラセルのΣ信号とΔ信号を用いてモノパルス測角する請求項１記載の合成開口レーダ装置。
5. 前記送受信手段は、受信チャンネルが１ｃｈの場合に、ＰＲＩ単位でΣ信号とΔ信号を切り替えて受信し、
   前記移動目標処理部は、前記ＰＲＩ単位で切替入力されるΣ信号、Δ信号をそれぞれ位相中心を一致させて積分し、前記Σ信号の積分数を前記Δ信号に比べて多くして前記Σ信号のドップラ軸のグレーティングローブを抑えて測角する請求項１記載の合成開口レーダ装置。
6. 移動体に搭載される合成開口（ＳＡＲ：Synthetic Aperture Radar）レーダ装置のレーダ信号処理方法において、
   前記移動体の移動方向軸上で、アンテナの実開口をＡｚ面に開口２分割して形成されるΣビームとΔビームを画像化範囲に向けて送受信し、
   前記ΣビームとΔビームの送受信によって取得されるΣ信号、Δ信号から固定目標と移動目標を抽出してそれぞれの画像を重畳する方法であって、
   前記Σ信号を周波数領域で圧縮処理して固定目標を含む画像化範囲の全体画像を作成し、
   前記Σ信号、Δ信号からそれぞれ前記移動方向軸に沿ったＮ（Ｎは自然数）点の信号を取得し、
   前記Ｎ点のΣ信号、Δ信号をそれぞれ周波数領域で圧縮処理してレンジ−周波数軸のＲＤ（Range Doppler）信号を生成し、
   前記ＲＤ信号から移動目標を抽出して移動目標のシンボルまたは画像を作成し、
   前記抽出した移動目標のレンジ−ドップラセルのΣ信号とΔ信号を用いてモノパルス測角し、その測角値と検出したレンジより前記移動目標の位置を算出し、
   前記固定目標を含む画像化範囲の全体画像に前記移動目標のシンボルまたは画像を重畳する合成開口レーダ装置のレーダ信号処理方法。

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