JPH04262286A - グランドマッピングレーダ信号処理方法とその装置 - Google Patents

グランドマッピングレーダ信号処理方法とその装置

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JPH04262286A
JPH04262286A JP3006463A JP646391A JPH04262286A JP H04262286 A JPH04262286 A JP H04262286A JP 3006463 A JP3006463 A JP 3006463A JP 646391 A JP646391 A JP 646391A JP H04262286 A JPH04262286 A JP H04262286A
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尚志 吉子
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は例えば、航空機搭載用
レーダのグランドマッピングモードにおける信号処理方
法及びその装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】航空機搭載用レーダにおけるDBS (
Doppler Beam Sharpening)信
号処理方法の原理は、図6において
【0003】
【数1】
【0004】となる。メインローブのビーム中心のドッ
プラ周波数を”数2”にすると、
【0005】
【数2】
【0006】
【数3】
【0007】となり、よって”数1”はフーリエ変換に
よって角度方向に分解でき、画像が再生できる。このと
き、中心周波数が”数2”のままだとフーリエ変換によ
って正確な画像が再生されない。この中心周波数を0に
することによって位相補正を行っている。従来は、この
位相補償を行う場合に、レーダプラットフォームとメイ
ンビーム中心位置の目標との距離を算出する方法として
直交座標系を用いた演算を行っていた。
【0008】図3は従来のグランドマッピングレーダ信
号処理装置を示す図であり、1は特定方向の空間に送信
波を放射し、反射波を受信するフェイズドアレイアンテ
ナ、2はアレイアンテナモジュールの位相制御により上
記フェイズドアレイアンテナ1のビームの指向を制御す
るビーム制御器、3は送信波を発生する励振器、4は上
記フェイズドアレイアンテナ1へ上記送信器3から信号
を供給し、受信信号を受信検波部へ供給するサーキュレ
ータ、5は上記サーキュレータ4からの受信信号をディ
ジタルビデオ受信信号へと変換する受信器、6はレーダ
プラットフォームの動揺を検出する慣性プラットフォー
ムセンサ、7は上記慣性プラットフォームセンサ6から
の動揺データとビームの指向方向から受信信号の位相変
化の1次補償を直交座標系で算出する1次位相補償デー
タ発生器、8はアンフォーカスドSAR(Synthe
tic Aperture Radar)において高分
解能を必要とする場合に、受信信号の位相変化の2次補
償を直交座標系で算出する2次位相補償データ発生器、
9は上記1次位相補償データ発生器7と上記2次位相補
償データ発生器8の使用を必要とする分解能に応じて切
り替える制御器、10は上記1次位相補償データ発生器
または、上記2次位相補償データ発生器8からの位相補
償データを用いてビデオ受信信号の位相を補正する位相
補償器、11はビーム内の方位方向に対応したドップラ
周波数を検出するFFT(Fast Fourier 
Transform)演算器、12は上記FFT演算器
11から出力されるデータから特定の周波数の振幅を検
出する振幅検出器、13は上記振幅検出器12から出力
されるデータを画像データに変換する画像データ変換器
、14は上記画像データ変換器13から出力される画像
データを表示する表示器である。
【0009】従来のグランドマッピングレーダ信号処理
装置は以上のように構成され、図7において、レーダプ
ラットフォーム15からスクイント角”数4”、仰角”
数5”方向にある目標P0 とする地表面に向けてフェ
イズドアレイアンテナ1から送信波を放射し、地表面か
らの反射波をフェイズドアレイアンテナ1で受信し、サ
ーキュレータ4を通り受信器5によってディジタルビデ
オ受信信号に変換され、表示画像の分解能により、制御
器9によって選択された1次位相補償データ発生器7、
または2次位相補償データ発生器8は、慣性プラットフ
ォームセンサ6からのプラットフォーム動揺データを用
いて位相補償データを算出し、位相補償器10は上記位
相補償データ発生器7または8で算出された位相補償デ
ータを用いてビデオ受信信号に対して位相補正を行い、
FFT演算器11によってビーム内の方位方向に対応し
たドップラ周波数を検出し、画像データ変換器13によ
って映像かを行って表示器14に高分解能な地表マップ
画像を表示することが出来る。
【0010】
【数4】
【0011】
【数5】
【0012】図4、図5は位相補償データ発生器7およ
び8における演算方法を示し、慣性プラットフォームセ
ンサ6からのプラットフォームの動揺データ”数6”と
ビームの指向方向から、観測開始時刻(t=0)の航空
機の位置を原点として直交座標系における目標地点P0
 の座標を”数7”とおき、P0 と航空機の距離をR
0とすると、観測時刻tのときレーダと目標地点との距
離Rは”数8”で表される。
【0013】
【数6】
【0014】
【数7】
【0015】
【数8】
【0016】ここで、
【0017】
【数9】
【0018】とおき、
【0019】
【数10】
【0020】とするとRは
【0021】
【数11】
【0022】となる。従って、距離の変化量
【0023
【数12】
【0024】は
【0025】
【数13】
【0026】となる。ここで”数12”として1次項の
みを用いた補償を1次補償、2次項までを用いた補償を
2次補償と呼ぶ。このようにして距離変化量を求めるこ
とにより位相補償量”数14”を求め、レーダエコーに
乗じることにより位相補償を行うことが出来る。
【0027】
【数14】
【0028】実際の演算では、観測サンプル間隔である
PRI(Pulse Repetition Inte
rval)毎の航空機の移動量を
【0029】
【数15】
【0030】とすると
【0031】
【数16】
【0032】は
【0033】
【数17】 となる。よって、
【0034】
【数18】
【0035】となる。この”数19”はi番目のときの
距離”数20”とi−1番目のときの距離”数17”の
差であるため、
【0036】
【数19】
【0037】
【数20】
【0038】位相補償量は
【0039】
【数21】
【0040】
【数22】
【0041】となる。このように、各観測点において、
一つ前の観測点のスラントレンジとの差を求めて、この
距離差を積算し、観測開始点でのスラントレンジとの差
を求めることにより、各観測点での位相変化量を求めて
補償を行っている。許容誤差”数26”以下の分解能を
得ようとすると、1次補正では近似誤差が大きくなるの
で分解能によって、1次補正と2次補正を切り替えて使
用していた。
【0042】
【数23】
【0043】とすると、1次補償は、
【0044】
【数24】
【0045】2次補償は、
【0046】
【数25】
【0047】となる。
【0048】
【発明が解決しようとする課題】上記のような従来のグ
ランドマッピングレーダ信号処理装置においては、次の
ような問題点があった。すなわち、従来の直交座標系を
用いた演算においては、演算式が複雑であり、また演算
誤差が大きく、実時間処理に近ずけるため、高分解能を
必要としない場合には1次補償のみで位相補償を行い、
アンフォーカスド方式で定義される分解能範囲内で、高
分解能を必要とする場合にはハードウエアを切り替えて
2次補償を行っていた。つまり、高分解能を得たい場合
には複雑な計算を多く行っていたため、実時間処理が難
しく、画質も低下しやすかった。この発明はこの様な問
題点を解決するためになされたもので、従来に比べて高
速で高精度に画像が得られるグランドマッピングレーダ
信号処理装置を得ることを目的とする。
【0049】
【数26】
【0050】
【課題を解決するための手段】この発明に係るグランド
マッピングレーダ信号処理装置は、位相補償における演
算に極座標系を用い、従来よりも簡単な演算式で、しか
も許容誤差”数26”以下の分解能を1次補償のみで得
ることが出来る方法及びその装置を提案するものである
【0051】
【作用】この発明においては、位相補償における位相補
償量算出で、高速かつ近似誤差量を小さく抑えることが
できる極座標系を用いた近似演算方法により、実時間内
に高品質な地表のレーダ画像を得ることが出来る。
【0052】
【実施例】図1はこの発明の一実施例を示す図である。 図7において、レーダプラットフォーム15からスクイ
ント角”数4”、仰角”数5”方向にある目標P0とす
る地表面に向けてフェイズドアレイアンテナ1から送信
波を放射し、地表面からの反射波をフェイズドアレイア
ンテナ1で受信し、サーキュレータ4を通り受信器5に
よってディジタルビデオ受信信号に変換され、位相補償
データ発生器7は慣性プラットフォームセンサ6からの
プラットフォーム動揺データを用いて、極座標系におけ
る演算によって位相補償データを算出し、位相補償器1
0は上記位相補償データ発生器7で算出された位相補償
データを用いてビデオ受信信号に対して位相補正を行い
、FFT演算器11によってビーム内に対応したドップ
ラ周波数を検出し、画像データ変換器13によって映像
化を行って表示器14に高分解能な地表マップ画像を表
示することが出来る。
【0053】図2は、位相補償データ発生器7での演算
方法を示し、観測開始時刻(t=0)の航空機の位置を
原点として極座標系における目標 P0の座標を”数2
7”とおくと、
【0054】
【数27】
【0055】時刻tにおける航空機と目標間の相対距離
Rは次のように表される。
【0056】
【数28】
【0057】ここで、
【0058】
【数29】
【0059】という条件がなりたつならば、2項級数展
開を用いてRは次のように近似できる。
【0060】
【数30】
【0061】従って、距離の変化量”数12”は
【00
62】
【数31】
【0063】となる。ここで、1次項のみで算出した位
相補償量は、アンフォーカスド方式で定義される分解能
を得るための合成開口長以下では、許容誤差である送信
波長の1/4以下の条件を満たすことになるため、2次
項以上の項は無視できる。これを用いて、位相補償量”
数14”を求めることができ、アンフォーカスド方式で
定義される分解能範囲内での分解能を1次補償のみで得
ることが出来る。観測サンプル間隔であるPRI毎の航
空機の移動量を”数15”とすると各観測点において、
一つ前の観測点とのスラントレンジとの差は、
【006
4】
【数32】
【0065】となる。よって、観測開始点から観測点ま
でのスラントレンジとの差は、
【0066】
【数33】
【0067】となる。この場合”数34”を用いて位相
補償を行えば十分な精度の位相補償量を求めることがで
きる。
【0068】
【数34】
【0069】
【発明の効果】この発明は以上説明したとおり、位相補
償を行う際に、位相補償量算出のための演算処理に極座
標系を用いた演算方法を採用したことにより、簡易な演
算で高速に、しかも装置の切り替えを行わずに1次補償
だけで十分な精度の位相補償量を得ることができるため
、実時間内に高品質な画像を得ることが出来るという効
果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例を示すグランドマッピング
レーダ信号処理装置である。
【図2】極座標系における位相補償演算処理方法の図で
ある。
【図3】従来のグランドマッピングレーダ信号処理装置
である。
【図4】直交座標系における1次補償演算処理方法を示
す図である。
【図5】直交座標系における2次補償演算処理方法を示
す図である。
【図6】航空機搭載用レーダにおけるDBS (Dop
pler Beam Sharpening)信号処理
の原理を示す図である。
【図7】レーダプラットフォームとマッピングされる目
標とする地表との幾何学的関係を示す図である。
【符号の説明】
1  フェイズドアレイアンテナ 2  ビーム制御器 3  励振器 4  サーキュレータ 5  受信器 6  慣性プラットフォームセンサ 7  1次位相補償データ発生器 8  2次位相補償データ発生器 9  制御器 10  位相補償器 11  FFT(Fast Fourier Tran
sform)演算器12  振幅検出器 13  画像データ変換器 14  表示器 15  レーダプラットフォーム

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  DBS (Doppler Beam
     Sharpening)技術を用いた高分解能の地表
    マップを実時間で作成する航空機搭載用地表マッピング
    レーダであって、スクイント角方向の目標とする地表面
    にレーダのビームを照射し、アンテナのメインローブか
    らの反射波を受信し、慣性プラットフォームセンサによ
    り得られるレーダプラットフォームの動揺情報から、レ
    ーダとメインビーム中心位置の目標との距離の変化量を
    算出する方式として、極座標系を用いた信号処理演算を
    行い、メインビームの中心におけるドップラ周波数から
    位相補償成分を検出し、上記慣性プラットフォームセン
    サから得られるレーダプラットフォームの動揺情報へ、
    得られた位相誤差成分を補正して、上記メインローブの
    エコー信号に対して位相補償し、フーリエ変換処理によ
    り方位方向のドップラ周波数を検出することにより、方
    位方向の高品質なレーダ画像を得るためのグランドマッ
    ピングレーダ信号処理方法。
  2. 【請求項2】  特定方向の空間に送信波を放射し、反
    射波を受信するフェイズドアレイアンテナと、アレイア
    ンテナモジュールの位相制御により、上記フェイズドア
    レイアンテナのビームの指向を制御するビーム制御器と
    、送信波を発生する励振器と、上記フェイズドアレイア
    ンテナへ送信部から信号を供給し、受信信号を受信検波
    部へ供給するサーキュレータと、受信信号をディジタル
    ビデオ受信信号へと変換する受信器と、レーダプラット
    フォームの動揺を検出する慣性プラットフォームセンサ
    と、上記慣性プラットフォームセンサからの動揺データ
    とビームの指向方向から受信信号の位相変化を極座標系
    で算出する位相補償データ発生器と、上記位相補償デー
    タ発生器からの位相補償データを用いて受信信号の位相
    を補正する位相補償器と、ビーム内の方位方向に対応し
    たドップラ周波数を検出するFFT(Fast Fou
    rier Transform)演算器と、上記FFT
    演算器から出力されるデータから特定の周波数の振幅を
    検出する振幅検出器と、上記振幅検出器から出力される
    データを画像データに変換する画像データ変換器と、上
    記画像データ変換器から出力される画像データを表示す
    る表示器とを備えたことを特徴とする航空機搭載用レー
    ダにおける信号処理装置。
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