技術 合成開口レーダ処理装置

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本発明は航空機等の移動体に搭載される合成開口レーダ（以下、ＳＡＲと称する）に関し、特にＳＡＲによる撮像データを画像処理するための処理装置に関する。

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航空機や人工衛星等の移動体に搭載されるＳＡＲでは、レーダにより撮像したデータを画像処理するに際し、ＳＡＲの受信生データをレンジ方向に圧縮し、かつ得られた二次元データを並び替えた上で、アジマス方向に圧縮する処理が行われる。また、この場合、アジマス方向に関しては、ＳＡＲを搭載した移動体と、地上物体との相対速度の変化によるドップラ効果を利用して高い分解能を得ている。このドップラ効果は、知られているように、地上物体からの反射波は、移動体の移動方向に応じて特定の周波数変化を起こしており、この周波数変換成分をドップラ周波数を称している。このドップラ周波数は、移動体が接近する際に正の値となり、遠ざかる際に負の値となる。このドップラ周波数の変化のパターンを利用することで、レーダのビーム幅よりも小さい分解能を得ることができる。例えば、特開昭５８−１８６０６８号公報。

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ところで、前記したドップラ周波数の変化の割合、即ち変化率は移動体と地上物体との距離により非線形に変化する。図４に示すように、航空機ＡＰの飛行ラインＬに対してレンジ方向に異なる地点αとβがある場合、これらの地点α，βから見た航空機までの距離が異なるため、前記したドップラ周波数の変化率は相違することになる。つまり、航空機がＡ点、Ｂ点、Ｃ点において各地点α，βに電波を送り、その反射波を検出すると、各地点に接近するＡ点では周波数は高く、遠ざかるＣ点では周波数は低くなり、ドップラ効果が生じる。そして、このドップラ効果は各地点から航空機までの距離に相関を有しているため、距離が相違するとドップラ周波数の変化率も変化される。この変化は前記したように距離に応じて非線形なものとなる。

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したがって、画像処理に際しては、この距離の相違によるドップラ周波数の変化率を補正する必要があり、従来では、前記した非線形の特性に基ずく演算式を処理装置に備えておき、移動体と地点との距離に基づいてその演算式に基づく演算を行ない、得られた結果を参照関数値としてアジマス圧縮処理において相関処理を行っている。

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しかしながら、この非線形の特性に基づく演算式は極めて複雑なものとなるため、処理規模が増大する上に演算時間が長くなり、航空機等に搭載する処理システムとして要求される小規模でかつ高速処理の条件を満たすことが難しいという問題が生じる。

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このため、従来では、非線形特性をレンジ方向の距離を変数とした１次式で近似し、この一次式に基づいて前記した演算を行っている。１次式に基づく演算では、演算が簡略化されるため、処理装置の構成も簡易化でき、かつ演算時間も短縮でき、小規模化、高速処理化の要求を満たす上では有効となる。

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ところが、航空機に搭載するＳＡＲでは、レンジ方向の距離変化に対するドップラ周波数の変化率の変化が大きいため、この変化率を１次式で近似すると、近似性が極めて悪いものとなる。例えば、図３に示すように、ドップラ周波数の変換率を特性Ｓとすると、１次式で近似される特性はＰとなり、同図に示すように、距離によっては極めて大きな誤差Ｚ１が生じることになる。この結果、画像処理によって得られる画像にピンボケの部分が多くなり、鮮明な画像を得ることができなくなるという問題が生じる。

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本発明の目的は、処理規模の縮小化、高速処理化を実現するとともに、鮮明な画像を得ることを可能にしたＳＡＲ処理装置を提供することにある。

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本発明のＳＡＲ処理装置は、受信データに対してアジマス方向のドップラシフトによる相関処理を行うアジマス圧縮処理部に、真のドップラ周波数変化率に近似される複数の一次式を保有し、入力されるデータに対応する一次式を用いてドップラ周波数変化率を算出する手段を備える構成とする。

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アジマス圧縮処理部は、入力データのレンジ方向のラインをカウントするラインカウンタと、真のドップラ周波数変化率に近似される複数の一次式を保有し、前記ラインカウンタのカウント値に基づいて一次式を選択してドップラ周波数変化率を算出するドップラ周波数変化率算出部と、算出されたドップラ周波数変化率に基づいて参照関数を生成する関数生成部と、生成された参照関数と入力データとの相関処理を行う相関処理部とを備える。

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また、ドップラ周波数変化率算出部は、例えば、レンジ方向のラインを複数の領域に区分して各区分に対応する一次式を記憶しており、ラインカウンタのカウント値に基づいて、そのカウント値に対応する区分の一次式を読み出して演算を行う構成とする。

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真のドップラ周波数変化率に近似された複数の一次式を保有しておき、入力データのレンジ方向のラインをカウントし、このカウント値に基づいて対応する一次式を選択し、この一次式に基づいてドップラ周波数変化率の演算を行うことで、真の変化率に対して誤差の小さいドップラ周波数変化率を得ることができる。

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次に、本発明の実施例を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施例のブロック構成図である。ＳＡＲの受信生データ１０１はレンジ圧縮処理部１においてレーダパルス毎に送信パルスとの相関処理が実施され、レンジ圧縮データ１０２とされる。このレンジ圧縮データ１０２はコーナターンメモリ２に入力され、ここで二次元的な並び替えが行われ、アジマス入力データ１０３としてアジマス圧縮処理部３に出力される。アジマス圧縮処理部３では、アジマス入力データ１０３に対してドップラシフトによる相関処理を行ってアジマス方向に圧縮し、画像データを得るための再生データ１０４を出力する。

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前記アジマス圧縮処理部３は、ラインカウンタ３１と、ドップラ周波数変化率算出部３２と、関数生成部３３と、相関処理部３４とで構成される。前記ラインカウンタ３１は、アジマス入力データ１０３がレンジ方向の何ライン目であるかをカウントしてカウント値１０５を出力する。ドップラ周波数変化率算出部３２は、前記カウント値１０５を入力して対応する一次式係数を選択し、この一次式係数によりアジマス入力データ１０３に対応するドップラ周波数変化率１０６を出力する。

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例えば、このドップラ周波数変化率算出部３２は、図２，図３に示すように、レンジ方向のライン数に対して複数の区分領域ａ，ｂ，ｃを設定し、各区分領域にそれぞれ対応する一次式を記憶装置３２１に記憶しておく。そして、ラインカウンタ３１からのカウント値１０５に基づいてそのカウント値が含まれる区分領域の一次式を読み出し、さらにこの一次式に基づいて演算器３２２において演算を行い、アジマス入力データ１０３に対応するドップラ周波数変化率１０６を算出する。

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そして、関数生成部３３は、このドップラ周波数変化率１０６に基づいて参照関数１０７を生成し、相関処理部３４に出力する。相関処理部３４ではアジマス入力データ１０３と参照関数１０７の相関処理を行い、前記した再生データ１０４を出力する。

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このように、この構成では、入力データに対応してレンジ方向のラインを求め、このラインに対応して予め設定されている一次式に基づいてドップラ周波数変化率を算出しているので、結果として図３に示すように、真のドップラ周波数変化率Ｓに対して複数の一次式を連ねた折れ線状の一次式Ｑで近似を行うことになり、単純な一次式Ｐで近似した場合に比較して誤差Ｚ２を低減でき、得られる画像データにおけるピンボケを解消し、鮮明な画像を得ることができる。また、このようにドップラ周波数変化率を算出する処理については、一次式を用いた演算が可能とされるため、非線形に基づく演算を行う方式に比較して処理規模の縮小を図るとともに処理時間を短縮し、高速な処理が実現できる。

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なお、ドップラ周波数変化率算出部に記憶させておく一次式の数を増やせば、より真のドップラ周波数変化率に近似した変化率を得ることができる。ただし、一次式の数を増やすことにより、今度はラインカウンタからのカウント値に基づいて一次式を読み出す際の処理が増えるため、個々のＳＡＲに要求される画像処理の精度と処理規模や処理速度に応じて適宜に設定することが肝要となる。

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以上説明したように本発明は、受信データに対してアジマス方向のドップラシフトによる相関処理を行うアジマス圧縮処理部に、真のドップラ周波数変化率に近似される複数の一次式を保有し、入力されるデータに対応する一次式を用いてドップラ周波数変化率を算出する手段を備えるので、真のドップラ周波数変化率に近似した演算を一次式を用いて行うことが可能となり、処理規模を増大することなく高速処理が可能となり、かつ真の変化率に近い値を得ることができ、しかも鮮明な画像を得ることが可能となる。

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また、ドップラ周波数変化率算出部は、例えば、レンジ方向のラインを複数の領域に区分して各区分に対応する一次式を記憶しており、ラインカウンタのカウント値に基づいて、そのカウント値に対応する区分の一次式を読み出して演算を行う構成とすることで、入力データに対応する一次式を迅速かつ適切に選択することができ、前記した本発明の効果を一層助長することが可能となる。

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図１本発明のＳＡＲ処理装置の主要部のブロック構成図である。
図２ドップラ周波数変化率算出部の一例の機能構成図である。
図３近似する一次式とドップラ周波数変化率との関係を示す図である。
図４ドップラ周波数変化率の変化を説明するための図である。

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１レンジ圧縮処理部
２コーナターンメモリ
３アジマス圧縮処理部
３１ラインカウンタ
３２ドップラ周波数変化率算出部
３３関数生成部
３４相関処理部
３２１記憶装置
３２２ 演算器