JP3832139B2

JP3832139B2 - レーダ信号処理器

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Publication number: JP3832139B2
Application number: JP13581299A
Authority: JP
Inventors: 誠司菅沼
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1999-05-17
Filing date: 1999-05-17
Publication date: 2006-10-11
Anticipated expiration: 2019-05-17
Also published as: JP2000329849A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は目標物の形状を画像データとして取得できるレーダ信号処理器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１２は従来のレーダ信号処理器を構成品の一部として組み込まれたレーダ装置を示すもので、図において１は一定のパルス繰り返し周期で周波数変調を施した送信パルス信号を発生する送信機、２は送受信回路を切り換える送受切換器、３は送信パルス信号を目標物に指向させて放射すると共に目標物からの反射信号を受信する送受信アンテナ、４は送信機１から出力された基準信号を参照して、送受切換器２を経由し入力した受信信号を増幅及び位相検波してビデオ信号を得る受信機、５は従来のレーダ信号処理器であり、６はレーダ信号処理器５から出力される画像データを表示する表示器である。また、レーダ信号処理器５において、７は送信機１で周波数変調を施した位相情報を用いて上記ビデオ信号をパルス圧縮するレンジ圧縮器、８はビデオ信号をパルスヒット方向×レンジ方向の二次元に格納する二次元メモリ、９は目標物の速度データを推定する距離追尾処理器、１０は目標物の速度データを推定するために目標物の距離をパルスヒット毎に算出する距離算出器、１１は目標物の距離の変化を平滑化するスムージング処理を行い、目標物の速度を推定する速度算出器、１２は目標物の運動に伴って移動する距離変化を補正するレンジマイグレーション補正処理器、１３は目標物の速度データを推定するドップラ追尾処理器、１４は目標物の運動に伴って生じるドップラ周波数のオフセット成分及び一次成分を補償する位相補償処理器、１５は目標物をクロスレンジ方向に圧縮するクロスレンジ圧縮器である。
【０００３】
次に動作について説明する。送信機１は、一定のパルス繰り返し周期で周波数変調を施した送信パルス信号を発生させ、送受切換器２を経由して空中線３に出力する。また、送信機１は、受信機４で行われる位相検波、タイミング調整に用いられる基準信号を受信機４に出力する。送受信アンテナ３は入力した送信パルス信号を目標物に放射し、再び反射信号として入力する。受信器４は、この反射信号を送受切換器２を経由して入力し、送信機１から出力された基準信号を用いて、増幅及び位相検波し、ビデオ信号に変換してレーダ信号処理器５へ出力する。
【０００４】
レーダ信号処理器５では上記ビデオ信号を入力し、逆合成開口レーダの原理に基づいて画像データを得ることができる。ここで逆合成開口レーダの基本原理を説明する。画像データは目標物のレンジ方向とクロスレンジ方向の二次元画像で表され、パルス圧縮技術を用いて目標物をレンジ方向に圧縮し、目標物の運動により発生するドップラ周波数の違いに着目してクロスレンジ方向に圧縮している。しかしながら、この逆合成開口レーダでは目標物の運動を利用しているため、ビデオ信号は異なったレンジビンに移動してしまう誤差要因を補正する必要がある。さらに、発生するドップラ周波数には画像の劣化の原因となる周波数のオフセット成分及び一次成分を除去する必要がある。そこで、良好な目標物の画像を得るために、これら誤差要因に対し、距離追尾処理器９及びレンジマイグレーション補正処理器１２でレンジビンの移動の補正を行っており、また、ドップラ追尾処理器１３及び位相補償処理器１４で周波数のオフセット成分及び一次成分を除去している。以下、信号処理器で施されるこれらの補正処理を重点的に説明する。
【０００５】
励振受信機４から出力されるビデオ信号は、レンジ圧縮器７に入力され、送信機１で周波数変調を施した位相情報を参照して、レーダ信号処理の分野で一般的に用いられるマッチドフィルタ方式等によりパルス圧縮される。次に、このパルス圧縮されたビデオ信号を図１３を用いて説明する。図１３はパルスヒット方向×レンジ方向の二次元メモリ８に格納されたビデオ信号を表しており、（ａ）はレンジマイグレーション補正処理器１２で処理する前、（ｂ）は処理した後の状態を示したものである。このパルス圧縮されたビデオ信号は、一旦パルスヒット方向×レンジ方向の二次元メモリ８に格納され、レンジ圧縮器７で高分解能化されたことにより、複数のレンジビンに広がってしまう。ここで、目標物はレーダから近づくような直線運動をしていると仮定した場合、このビデオ信号は、図１３（ａ）に示すように時間が経つにつれて異なったレンジビンに移動してしまい、同じレンジビンに存在するよう補正する必要が生じる（図１３（ｂ）参照）。そのため、レンジマイグレーション補正器１２では、距離追尾処理器９で検出された速度データの情報を基に各パルス毎の目標距離の変化（以下レンジマイグレーション補正量と称す）を算出し、レンジビンを移動させている。
【０００６】
次に距離追尾処理器９はレンジマイグレーション補正処理器１２へ速度データを出力するが、図１４を用いてこの速度データの推定方法を説明する。図１４は複数の孤立点をもった（図ではＡ〜Ｄの４点）目標物をレーダ装置で受信したレンジ圧縮後のビデオ信号を表し、それら孤立点のパルスヒットに対する距離変化を示したものである。まず、距離算出器１０では、複数のレンジビンに広がったビデオ信号から最も反射電力の大きいレンジビンを検出し、その距離を算出する。この処理をパルスヒット毎に行うことにより目標物の距離変化を取得し、速度算出器１１へ出力する。この距離情報は図１４に示すように複数の反射点の散乱により安定な変化はしていない。そのため、速度算出器１１では、最小二乗法、カルマンフィルター等の処理を用いて平滑化することにより速度を推定している。
【０００７】
次に画像データの性能の劣化の要因となるドップラ周波数のオフセット成分及び一次成分の除去方法を図１５を用いて以下に説明する。図１５はパルスヒット方向×レンジ方向の二次元データを表しており、（ａ）はレンジマイグレーション補正処理器１２で処理した後のデータであり、（ｂ）はドップラ追尾処理器１３で処理した後のデータを示したものである。まず、ドップラ追尾処理器１３では、レンジマイグレーション補正処理器１２より出力されるビデオ信号から距離算出器１０で得られた反射電力の最大点であるレンジビンのビデオ信号を切り出す（図１５（ａ）参照）。そして、このビデオ信号をある時間間隔でフーリエ変換し、ドップラ周波数を算出する（図１５（ｂ）参照）。この処理を時間方向にずらしながら行うことにより、目標物のドップラヒストリーを算出し、目標物の各パルスヒット毎の速度データを推定する。
【０００８】
次に、位相補償処理器１４では、上記速度データを用いて各パルスヒット毎の位相補償量を算出し、レンジマイグレーション補正処理器１２から出力されるビデオ信号と複素乗算することにより位相補償処理を行う。そして、クロスレンジ圧縮器１５では、このビデオ信号を入力し、パルスヒット方向に周波数分析することによってクロスレンジ方向に圧縮する。逆合成開口レーダの原理からこのクロスレンジ圧縮の分解能は数１で表すことができる。但し、Δｒはクロスレンジ分解能、θはデータ収集時間いわゆる合成開口時間で目標が回転した角度、λは送信周波数である。
【０００９】
【数１】

【００１０】
数１よりクロスレンジ分解能は合成開口時間内における目標が回転した角度に比例することになり、ある合成開口時間内で目標の回転角が大きいとクロスレンジ分解能が高くなり、回転角が小さいとクロスレンジ分解能が劣化する。また、所望とするクロスレンジ分解能に必要な回転角だけ目標が回転する時、回転速度が速いと合成開口時間は少なくて済むが、回転速度が遅いと合成開口時間を長くする必要がある。例えば、λ＝０．０３ｃｍ、目標の回転速度＝０．０１５ｒａｄ／ｓの時、１ｍのクロスレンジ分解能を得たい時は合成開口時間は１秒で十分であるが、目標の回転速度＝０．００１ｒａｄ／ｓの時は、合成開口時間が１５秒必要となる。
【００１１】
以上のように、従来のレーダ信号処理器は、目標物をレンジ圧縮器７でレンジ方向に圧縮し、クロスレンジ圧縮器１５でクロスレンジ方向に圧縮することによって二次元の画像データが得ることができる。また、画像の劣化の原因となるレンジビンのずれは距離追尾処理器９及びレンジマイグレーション補正処理器１２で補正し、また、ドップラ周波数のオフセット成分及び一次成分はドップラ追尾処理器１３及び移動補償処理器１４で除去することにより、良好な画像データを得ることができる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来のレーダ信号処理器では、目標の運動により生じたドップラ周波数に着目してクロスレンジ圧縮を行っているが、逆合成開口レーダの原理上、目標の速度が遅い場合、合成開口時間を長くとらないと十分なクロスレンジ分解能を得られないという課題があった。
【００１３】
第１の発明によるレーダ信号処理器は、かかる課題を解決するためになされたもので、ドップラ周波数幅から最適な区分ＦＦＴ処理に要するパルスヒット数を算出するレーダ信号処理器を得ることを目的とする。
【００１５】
また、第２の発明によるレーダ信号処理器は、上記目的に加えて、区分ＦＦＴ処理する際、最適なレンジビンの信号を切り出すことによりドップラ追尾精度を向上するレーダ信号処理器を得ることを目的とする。
【００１６】
また、第３の発明によるレーダ信号処理器は、上記目的に加えて、ドップラ周波数からＣＦＡＲ処理を用いてドップラ周波数幅を検出するレーダ信号処理器を得ることを目的とする。
【００１７】
また、第４の発明によるレーダ信号処理器は、上記目的に加えて、レンジマイグレーション補正処理器に入力される速度データに、距離追尾処理で推定した速度データの代わりにドップラ追尾処理で推定した速度データを用いることにより結像性能が向上するレーダ信号処理器を得ることを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
第１の発明によるレーダ信号処理器は、各時刻のドップラ周波数を求める区分ＦＦＴ処理において、周波数分解能を向上させかつ、できるだけＦＦＴの区間を狭めるために、ＦＦＴ処理するパルスヒット数を最適に求める区分ＦＦＴパルス数算出器を取り付けたものである。
【００２０】
また、第２の発明によるレーダ装置は、上記のものにおいてレンジマイグレーション補正処理後の信号を全レンジビンについてパルスヒット方向に加算し、その最大値となったレンジビンの信号を切り出す基準点検出器を取り付けたものである。
【００２１】
また、第３の発明によるレーダ装置は、上記のものにおいてドップラ周波数幅を算出する際、ＣＦＡＲ処理を用いてドップラ周波数の広がりを算出するＣＦＡＲ処理器を取り付けたものである。
【００２２】
また、第４の発明によるレーダ装置は、上記のものにおいてドップラ追尾処理器で推定された速度データを用いて、目標物の運動に伴う距離変化を除去するためのレンジマイグレーション補正量を各パルス毎に算出すると共に、距離変化を各パルス毎に補正する第２のレンジマイグレーション補正処理器を取り付けたものである。
【００２３】
【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を示す構成図である。なお、従来技術と同一の構成要素については、同一番号を付して、その説明を省略する。図において、１６はレンジマイグレーション補正器１２から出力されたビデオ信号を時間をずらしながら一定の時間間隔データを切出してＦＦＴを行う区分ＦＦＴ算出器、１７は区分ＦＦＴ算出器１６から出力されるスペクトルから振幅最大点となる基準点を検出し、ドップラヒストリを算出するドップラヒストリ検出器、１８はそのドップラヒストリから位相補償用速度を推定する位相補償用速度算出器、１９は後述のドップラ周波数幅算出器２０で構成される運動解析処理器、２０はＦＦＴ算出器１６から出力されるスペクトルから周波数幅を各時刻毎に求め、それらの最大値を求めるドップラ周波数幅算出器、２１は運動解析処理器１９から出力されるドップラ周波数に基づき目標の運動に最適な合成開口時間を算出する合成開口時間算出器である。以下、ドップラ追尾処理器１３、運動解析処理器１９及び合成開口時間２１について説明する。
【００２４】
最初にドップラ追尾処理器１３について説明する。ドップラ追尾処理器１３は区分ＦＦＴ算出器１６、ドップラヒストリ検出器１７及び位相補償用速度算出器１８から構成されている。区分ＦＦＴ算出器１６はレンジマイグレーション補正処理器１２からビデオ信号を入力するが、このビデオ信号は距離算出器１０で振幅最大値として検出されたレンジビンを切り出したものである。図１５の（ｂ）は区分ＦＦＴの処理概念図を表したものと区分ＦＦＴ後のビデオ信号を周波数スペクトル×パルスヒットの二次元で表したものである。図より、区分ＦＦＴ算出器１６はビデオ信号をパルスヒット方向にずらしながら切り出してＦＦＴすることにより、時間変化したスペクトルを算出する。これらのスペクトルデータをドップラヒストリ検出器１７に出力する。ドップラヒストリ検出器１７はこのスペクトルデータを入力後、各時刻の振幅最大を検出しそのドップラ周波数を抽出することによりドップラヒストリを検出する。位相補償用速度算出器１８はこのドップラヒストリより数２に従って速度を算出する。この速度を位相補償処理器１８に出力する。
【００２５】
【数２】

【００２６】
次に運動解析処理器１９について説明する。運動解析処理器１９はドップラ周波数幅算出器２０で構成されており、区分ＦＦＴ算出器１６から出力される周波数スペクトルに基づいて、ドップラ周波数の広がりを検出し、目標物の運動を解析する。この目標物の運動は図２に示すとおり、並進成分の運動と回転成分の運動に分けられる。並進成分の運動は目標物の加速度運動であるため、速度は一次的に変化している。もし、レーダが飛行機等移動しているプラットフォームに搭載されている場合であると、レーダは目標物の速度を相対速度として捕らえるためドリフト成分をもった速度が並進成分の速度に加わる。いずれにせよ、並進成分の速度により発生するドップラ周波数は、速度に比例するため、図３（ａ）に示すような変化になる。また、回転成分の運動は主に目標物のピッチ運動とロール運動によって支配されており、正弦波運動になる。そのため、回転成分のドップラ周波数は図３（ｂ）のハッチングした部分のような広がりを持った変化となる。これらの運動を合成したドップラ周波数は図３（ｃ）のハッチングした部分のような広がりを持った変化に、正弦波運動に長い周期のドリフト成分が加わったようになる。
【００２７】
そこで、ドップラ周波数幅算出器２０では区分ＦＦＴ算出器１６から出力される周波数スペクトルから広がりの変化を検出することにより、目標物の運動を解析する。まず、ドップラ周波数の広がりは回転成分の運動のみに依存するため、並進成分がいかなる運動をしようとも影響されることなく、図４（ａ）に示すような、中心を０Ｈｚにした正弦波状の変化となる。この正弦波の周期は回転運動（ピッチ運動あるいはヨー運動）の周期と同じになる。また、その正弦波の振幅は目標物がドップラ方向に広がる最大値となり、すなわちレーダに対し最大の速度をもった瞬間のドップラ周波数幅となる。逆合成開口レーダではこの時に最大の分解能で画像化でき、この広がりに応じた合成開口時間を設定すれば、最良の画像を得ることができる。もし、正弦波運動していなければ、ドップラ周波数の広がりは生じないが、レーダ装置が航空機のような移動物体に搭載されている場合、レーダ装置そのものの移動に伴うドップラ周波数の変化が加わり、ドップラ周波数の広がりは図４（ｂ）のような変化になる。この場合も、ドップラ周波数の広がりの最大値を検出することにより、最良の画像を得ることができる。以上のように、逆合成開口レーダで画像化する際に重要なパラメータであるこのドップラ周波数の広がりを検出し、その最大値を合成開口時間算出器２１に出力する。
【００２８】
次に合成開口時間算出器２１について説明する。逆合成開口レーダでは、目標物の運動によって発生するドップラ周波数幅に着目して高分解能化をはかるため、クロスレンジ分解能を向上させるにはドップラ周波数の変化に最適な合成開口時間を設定する必要がある。周波数ビン幅は、合成開口時間を用いると数３のように示される。ただし、Δｆは周波数ビン幅、Ｔは合成開口時間である
【００２９】
【数３】

【００３０】
一方、ドップラ周波数の広がりがΔＦの時、画像にした場合の目標物の画素数をＮケにしたいのであれば、周波数ビン幅は数４のように示され、数３及び数４から合成開口時間は数５のように示される。
【００３１】
【数４】

【００３２】
【数５】

【００３３】
以上合成開口時間算出器２１では数５に従って、ドップラ周波数幅算出器２０から出力されたドップラ周波数の広がりと目標物の所望の画素数から合成開口時間を算出し、これを二次元メモリ８に出力し、その時間に対応したビデオ信号を切り出して、逆合成開口レーダの処理を行えば、所望としている画素数の良好な目標物の画像が得られることができる。以上の処理の概念図を図５に示す。また例として、目標物が回転運動をしており、ドップラの広がりが１０Ｈｚの場合、所望の画素数を２０画素必要であれば、２秒の合成開口時間が最適であり、また、目標物が回転運動せずに並進運動のみで、ドップラの広がりが１Ｈｚの場合、合成開口時間は２０秒必要となる。
【００３４】
実施の形態２．
図６はこの発明の実施の形態２を示す構成図である。なお、従来技術と同一の構成要素については、同一番号を付して、その説明を省略する。図において、２２は区分ＦＦＴ算出器１６でＦＦＴ処理する際、データを切り出すためのパルスヒット数を最適に算出する区分ＦＦＴパルス数算出器である。
【００３５】
次に動作について説明する。実施の形態１では、最良の画像を得るためにドップラ周波数幅を求め、それに基づいて合成開口時間を最適に算出するが、画像の性能はこのドップラ周波数幅の精度に依存する。ドップラ周波数幅を精度良く求めるためには、以下の２つの要素がある。１つはドップラ周波数の分解能を向上させることであり、もう１つはできるだけＦＦＴ処理の区間を狭めることである。しかしながらこれら２つの要素相反する要素になっている。以下、これらの要素について図７を用いて説明する。図７（ａ）は区分ＦＦＴ処理の処理区間に関する相反する条件を説明するためのものであり、区分ＦＦＴ処理の処理区間を広げる前（左側）と広げた後（右側）の状態を示している。処理区間を広げる前と後のそれぞれ図では、パルスヒット毎の区分ＦＦＴの結果（ドップラスペクトル）を示しており、ドップラフィルタバンクの広がりと比較して表現している。また図７（ｂ）は最適パルスヒット数の求める考え方を示しており、区分ＦＦＴの結果をドップラフィルタバンクの広がりと比較して表現している。
【００３６】
まず、ドップラ周波数の分解能を向上させるためには、ＦＦＴ処理の区間を広げる必要がある。それは、ドップラ周波数の分解能Δｆｄは、Δｆｄ＝１／Ｔ（但し、Ｔ：ＦＦＴ処理の区間）と表されるためである。一方、区分ＦＦＴ処理で得られる結果はその区間のドップラ周波数を全て検出されるので、ある時刻におけるドップラ周波数幅を求めようとすると、できるだけＦＦＴ処理の区間を狭める必要がある。このようにドップラ周波数の分解能を向上させるためにＦＦＴ処理の区間を広げると、その区間全てのドップラ周波数を検出することになり、ある瞬間のドップラ周波数幅を検出したいのにもかかわらず、その前後のドップラ周波数が漏れ込み、誤差が生じる。逆に、ある時刻のドップラ周波数を精度良く得るためには、その前後の時刻のドップラ周波数の漏れ込みを低減する必要あり、そうするためには区分ＦＦＴ処理をする区間を狭めなければならない。しかし区分ＦＦＴ処理をする区間が狭くなると、ドップラ周波数の分解能が劣化し、ドップラ周波数幅の精度が悪くなる（図７（ａ）参照）。
【００３７】
そこで、上記相反する条件において、最適な区分ＦＦＴ区間を算出する方法を考えた。図７（ｂ）を用いて説明する。まず、ドップラ周波数のパルスヒットに対する傾きをα（Ｈｚ／ｓｅｃ）、パルス繰り返し周期ＰＲＩとすると、パルスヒット番号ｎの時の周波数Ｆｄは、Ｆｄ＝α*ｎ*ＰＲＩと表される。また、ドップラ周波数幅の分解能は前述のとおりΔｆｄ＝１／（ｎ*ＰＲＩ）となる。このＦｄが、Ｆｄ＜Δｆｄとなれば、パルスヒット番号ｎの時の周波数Ｆｄが他のドップラ周波数ビンに漏れ込まなくなる。従って、最適なパルスヒット数ｎは、ｎ＝１／（√α*ＰＲＩ）となる。ここで、傾きαは、ドップラ周波数幅とその時のパルスヒット数から算出できる。このようにして、区分ＦＦＴパルス数算出器２２で以上のような処理を施すことにより、最適な区分ＦＦＴパルス数を求めることができ、それを区分ＦＦＴ算出器１６に出力してやることで、高精度のドップラ周波数幅を求めることができる。
【００３８】
実施の形態３．図８はこの発明の実施の形態３を示す構成図である。なお、従来技術と同一の構成要素については、同一番号を付して、その説明を省略する。図において、２３はドップラ追尾処理器１３で目標物のドップラヒストリを推定する際、処理に用いるデータを最適に切り出す基準点検出器である。
【００３９】
次に動作について説明する。ドップラ追尾処理器１３で目標のドップラヒストリを推定する際、図１４に示す複数の孤立反射点のうちのいずれかの点におけるレンジマイグレーション後のビデオデータを切り出して処理を行う。従来では、距離算出器１０において検出された孤立点のうち、最初のパルスヒットで検出された振幅最大の孤立点に着目し、その孤立点のレンジマイグレーション後のビデオデータを切り出してドップラ追尾処理を行っていた。しかしながら上記の処理では図９のような変化の場合、精度よくドップラ追尾できないといった問題が生じる。図９は孤立点Ａ〜Ｄの距離変化を示しているが、最初のパルスヒットで検出されたＤ点が図９に示すように初めのパルスヒット分だけ振幅幅が最大で、それ以後振幅幅が低いとドップラ追尾精度が悪い。それよりもＤ点の代わりに全体的に振幅が最大であるＡ点を選んだ方が、精度のよいドップラ追尾を行うことができる。そのため、基準点検出器１９では図１３（ｃ）に示すように全レンジビンについてレンジマイグレーション補正処理後のビデオ信号をパルスヒット方向に振幅加算し、その中で振幅値が最大の孤立反射点を検出し、そのビデオ信号を切り出し、ドップラ追尾処理器１３に出力する。以上の処理を行うことにより、複数の孤立反射点の中で振幅最大値の孤立反射点を選ぶことにより、最も安定した孤立反射点によるドップラ追尾処理を行うことができる。
【００４０】
実施の形態４．図１０はこの発明の実施の形態４を示す構成図である。なお、従来技術と同一の構成要素については、同一番号を付して、その説明を省略する。図において、２４は区分ＦＦＴ算出器１６で算出した周波数スペクトルからＣＦＡＲを用いてスペクトルの広がりを算出するＣＦＡＲ処理器２４である。
【００４１】
次に動作について説明する。ドップラ周波数の広がりを精度良く検出するには、区分ＦＦＴ算出器１６から出力されるスペクトルから雑音を除去して、目標からのドップラ周波数のみを抽出する必要がある。実施の形態１では、画像の振幅データのダイナミックレンジに相当する固定のスレッショルドレベルによってドップラ周波数幅を検出している。例えば、画像の振幅データのデータ長が８ｂｉｔの場合、ダイナミックレンジが２４ｄＢとなり、その値をスレッショルドレベルとして広がりを抽出する。この方法では処理が単純で高速化を図れるが、ピークレベルが低く雑音を引っかけてしまうため、ドップラ周波数幅の検出精度が劣化する課題がある。
【００４２】
そのため、ＣＦＡＲ処理器２４では、雑音に対し一定の検出確率でドップラ周波数幅を算出できるＣＦＡＲを用いて処理する。このようにすれば、実施の形態４に比べて処理時間はかかるが、精度良くドップラ周波数幅を求めることができる。
【００４３】
実施の形態５．
図１１はこの発明の実施の形態５を示す構成図である。なお、従来技術と同一の構成要素については、同一番号を付して、その説明を省略する。図において、２５はドップラ追尾処理器１３で推定した目標物の速度データを入力して、レンジマイグレーション補正処理を行う第２のレンジマイグレーション補正処理器である。
【００４４】
次に動作について説明する。第２のレンジマイグレーション補正処理器２５はレンジマイグレーション補正処理器１２と同一のものであるが、実施の形態４と比較して異なる点は、距離追尾処理器９から算出された速度データを用いるのではなく、ドップラ追尾処理器１３から算出された速度データを用いる。本発明において、処理の流れを考えると主に画像データを算出する系と、目標物の移動を補正するための速度データを算出する系とに分かれている。従来の技術及び実施の形態１〜４では、画像データを算出する過程で、上記速度データを並行して算出していたが、実施の形態５では、まず速度データをドップラ追尾処理器１３で算出した後、その速度データを用いて、レンジマイグレーション補正処理及び位相補償処理を行い、画像データを算出する。以上の処理を行う理由として、距離追尾処理器９で算出された速度データよりドップラ追尾処理器１３で算出された速度データのほうが精度が高く、その速度データを用いて補正処理を行ったほうがより鮮明な画像データを得ることができるためである。通常の逆合成開口レーダを想定した場合、距離追尾処理器９で速度を推定する時、レンジビン幅が約１ｍ、データ収集時間が１ｓなので、速度誤差は約１ｍ／ｓであるが、ドップラ追尾処理器１３で速度を推定する時、周波数分解能４Ｈｚ、波長０．０３ｍであるので、速度誤差は約０．０６ｍ／ｓとなりドップラ追尾処理器で得られた速度のほうが精度が良い。従って、ドップラ追尾処理器１３で算出された速度データを第２のレンジマイグレーション補正処理器２０に入力して補正することにより、より鮮明な画像データを得ることができる。
【００４５】
【発明の効果】
第１の発明によれば、区分ＦＦＴ処理する際、区分ＦＦＴパルス算出器を取付けることによりドップラ周波数幅の精度を向上させかつ、できるだけＦＦＴの区間を狭めるために、ＦＦＴ処理するパルスヒット数を最適に求めることができるという効果がある。
【００４７】
また、第２の発明によれば、上記効果に加え、ドップラ追尾処理器でドップラヒストリを推定するために、レンジマイグレーション補正処理後の信号を全レンジビンについてパルスヒット方向に加算し、その最大値となったレンジビンの信号を切り出す基準点検出器を取り付けることにより、ドップラ追尾精度を向上することができるという効果がある。
【００４８】
また、第３の発明によれば、上記効果に加え、ドップラ周波数幅を検出する際、ＣＦＡＲ処理器２４を取付けることにより雑音を引っかけて検出精度を劣化することなく、高い精度でドップラ周波数幅を算出することができるという効果がある。
【００４９】
また、第４の発明によれば、上記効果に加え、ドップラ追尾処理器で推定された速度データを用いて、目標物の運動に伴う距離変化を除去するためのレンジマイグレーション補正量を各パルス毎に算出すると共に、距離変化を各パルス毎に補正する第２のレンジマイグレーション補正処理器を取り付けることにより、高精度なレンジマイグレーション補正処理を行うことができ、より鮮明な画像データを算出することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明によるレーダ信号処理器の実施の形態１を示す図である。
【図２】この発明によるレーダ信号処理器の実施の形態１における目標物の運動成分を説明するための図である。
【図３】この発明によるレーダ信号処理器の実施の形態１におけるドップラ周波数を説明するための図である。
【図４】この発明によるレーダ信号処理器の実施の形態１におけるドップラ周波数幅の算出方法を説明するための図である。
【図５】この発明によるレーダ信号処理器の実施の形態１における合成開口時間の算出方法を説明するための図である。
【図６】この発明によるレーダ信号処理器の実施の形態２を示す図である。
【図７】この発明によるレーダ信号処理器の実施の形態２における区分ＦＦＴパルス数算出器を説明するための図である。
【図８】この発明によるレーダ信号処理器の実施の形態３を示す図である。
【図９】この発明によるレーダ信号処理器の実施の形態３における基準点検出器の目的を説明するための図である。
【図１０】この発明によるレーダ信号処理器の実施の形態４を示す図である。
【図１１】この発明によるレーダ信号処理器の実施の形態５を示す図である。
【図１２】従来のレーダ装置を示す図である。
【図１３】従来のレーダ装置のレンジマイグレーション補正処理器におけるレンジマイグレーション補正処理の処理方法を説明するための図である。
【図１４】従来のレーダ装置の距離追尾処理器におけるレンジ圧縮後のビデオ信号及び距離追尾処理器を説明するための図である。
【図１５】従来のレーダ装置のドップラ追尾処理器における区分ＦＦＴ処理を説明するための図である。
【符号の説明】
１送信機、２送受切換器、３送受信アンテナ、４受信機、５信号処理器、６表示器、７レンジ圧縮器、８二次元メモリ、９距離追尾処理器、１０距離算出器、１１速度算出器、１２レンジマイグレーション補正処理器、１３ドップラ追尾処理器、１４位相補償処理器、１５クロスレンジ圧縮器、１６区分ＦＦＴ算出器、１７ドップラヒストリ検出器、１８位相補償用速度算出器、１９運動解析処理器、２０ドップラ周波数幅算出器、２１合成開口時間算出器、２２区分ＦＦＴパルス数算出器、２３基準点検出器、２４ＣＦＡＲ処理器、２５第２のレンジマイグレーション補正処理。

Claims

目標物の運動によって生じるドップラ周波数を利用して、その目標物の形状を画像化する逆合成開口レーダにおいて、合成開口時間算出器と、送信機で周波数変調を施した送信信号（チャープ信号）を用いて、受信機から出力されるビデオ信号をパルス圧縮処理するレンジ圧縮器と、上記レンジ圧縮後のビデオ信号をレンジ方向×パルスヒット方向の二次元のメモリに格納し、上記合成開口時間算出器で算出された合成開口時間に基づきビデオ信号を切出す二次元メモリと、レンジ方向の速度（ラジアル速度）を推定するために目標物の反射電力の最大点をパルスヒット毎に検出すると共に、その最大点の距離を算出する距離算出器と、上記最大点の距離をスムージング処理することにより目標物の速度データを推定する速度算出器と、レンジマイグレーション補正量を上記速度データから各パルス毎に算出すると共に、上記二次元メモリから出力されるビデオ信号をこのレンジマイグレーション補正量に基づき補正するレンジマイグレーション補正処理器と、レンジマイグレーション補正処理後のビデオ信号から上記距離算出器で検出した反射電力の最大点のビデオ信号を切り出すと共に、時間をずらしながらフーリエ変換する区分ＦＦＴ算出器と、上記区分ＦＦＴ算出器から出力されるスペクトル信号から最大振幅幅となる基準点を検出し、ドップラヒストリを算出するドップラヒストリ検出器と、上記ドップラヒストリをスムージング処理することにより目標物の速度情報を推定する位相補償用速度算出器と、上記位相補償用速度算出器から出力される速度データから位相補償量を算出し、レンジマイグレーション補正後のビデオ信号を補償する位相補償処理器と、上記位相補償処理器から出力されるビデオ信号をパルスヒット方向にＦＦＴすることにより周波数分析し、ビデオ信号をクロスレンジ方向に圧縮するクロスレンジ圧縮器と、上記区分ＦＦＴ算出器より出力される周波数スペクトルから各々の時刻のドップラ周波数の広がりを算出し、その最大値を検出するドップラ周波数幅算出器と、上記ドップラ周波数幅算出器で出力されるドップラ周波数幅の最大値から区分ＦＦＴ算出器でＦＦＴ処理するパルス数を算出する区分ＦＦＴパルス数算出器とを備え、上記合成開口時間算出器は、上記ドップラ周波数幅算出器から出力されたドップラ周波数の広がりの最大値より最適な合成開口時間を算出し、上記二次元メモリに出力することを特徴とするレーダ信号処理器。
区分ＦＦＴする際、上記レンジマイグレーション補正処理後の信号を全レンジビンについてパルスヒット方向に加算し、その最大値となったレンジビンの信号を切り出す基準点検出器を設けたことを特徴とする請求項１記載のレーダ信号処理器。
上記区分ＦＦＴ算出器より出力されるドップラ周波数からＣＦＡＲ（ＣｏｎｓｔａｎｔＦａｌｓｅＡｌａｒｍＲａｔｅ）処理を用いてドップラの広がりを検出するＣＦＡＲ処理器を設けたことを特徴とする請求項２記載のレーダ信号処理器。
目標物の運動によって生じるドップラ周波数を利用して、その目標物の形状を画像化する逆合成開口レーダにおいて、合成開口時間算出器と、送信機で周波数変調を施した送信信号（チャープ信号）を用いて、受信機から出力されるビデオ信号をパルス圧縮処理するレンジ圧縮器と、上記レンジ圧縮後のビデオ信号をレンジ方向×パルスヒット方向の二次元のメモリに格納し、上記合成開口時間算出器で算出された合成開口時間に基づきビデオ信号を切出す二次元メモリと、レンジ方向の速度（ラジアル速度）を推定するために目標物の反射電力の最大点をパルスヒット毎に検出すると共に、その最大点の距離を算出する距離算出器と、上記最大点の距離をスムージング処理することにより目標物の速度データを推定する速度算出器と、レンジマイグレーション補正量を上記速度データから各パルス毎に算出すると共に、上記二次元メモリから出力されるビデオ信号をこのレンジマイグレーション補正量に基づき補正するレンジマイグレーション補正処理器と、上記レンジマイグレーション補正処理後の信号を全レンジビンについてパルスヒット方向に加算し、その最大値となったレンジビンの信号を切り出す基準点検出器と、上記基準点検出器で切り出されたビデオ信号から時間をずらしながらフーリエ変換する区分ＦＦＴ算出器と、上記区分ＦＦＴ算出器から出力されるスペクトル信号から最大振幅値となる基準点を検出し、ドップラヒストリを算出するドップラヒストリ検出器と、上記ドップラヒストリをスムージング処理することにより目標物の速度情報を推定する位相補償用速度算出器と、上記位相補償用速度算出器から出力される速度データからレンジマイグレーション補正量を上記速度データから各パルス毎に算出すると共に、上記二次元メモリから出力されるビデオ信号をこのレンジマイグレーション補正量に基づき補正する第２のレンジマイグレーション補正処理器と、上記位相補償用速度算出器から出力される速度データから位相補償量を算出し、レンジマイグレーション補正後のビデオ信号を補償する位相補償処理器と、上記位相補償処理器から出力されるビデオ信号をパルスヒット方向にＦＦＴすることにより周波数分析し、ビデオ信号をクロスレンジ方向に圧縮するクロスレンジ圧縮器と、上記区分ＦＦＴ算出器より出力される周波数スペクトルから各々の時刻のドップラ周波数の広がりを算出し、その最大値を検出するドップラ周波数幅算出器と、上記ドップラ周波数幅算出器で出力されるドップラ周波数幅の最大値から区分ＦＦＴ算出器でＦＦＴ処理するパルス数を最適に算出する区分ＦＦＴパルス数算出器とを備え、上記合成開口時間算出器は、上記ドップラ周波数幅算出器から出力されたドップラ周波数の広がりの最大値より最適な合成開口時間を算出し、上記二次元メモリに出力することを特徴とするレーダ信号処理器。