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技術 レーダ装置

出願人 三菱電機株式会社
発明者 山本和彦岩本雅史桐本哲郎
出願日 2000年3月21日 (19年6ヶ月経過) 出願番号 2000-078611
公開日 2001年9月26日 (17年11ヶ月経過) 公開番号 2001-264435
状態 特許登録済
技術分野 レーダ方式及びその細部
主要キーワード 複合回転 主軸ベクトル 候補目標 目標像 回転角速度ベクトル RCS値 ドップラー幅 目標形状データ
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (13)

課題

目標複合回転運動等を推定できまたレーダ画像辞書画像マッチングの際にレーダ画像の伸縮を自動的に行なえるレーダ装置を得る。

解決手段

レーダ画像上の目標の軸傾きおよびドップラー幅を推定する手段1,2、目標追尾結果507からの目標とレーダ位置関係とレーダ画像上の目標の軸傾きからレーダ画像のクロスレンジ軸ベクトル制約を加える手段3、各候補目標の形状データ512から各候補目標のクロスレンジ方向の実寸法のクロスレンジ長特性を得る手段5、目標とレーダ装置の位置および目標の進行方向から目標のアスペクト角を推定する手段509、上記2,3,5の結果からレーダ画像の投影面を決定する手段4、上記各候補目標の形状データと目標のアスペクト角から候補目標三次元レーダ反射断面積RCS分布を算出する手段510、RCS分布と投影面から候補目標ごとの識別用辞書画像を生成する手段7、上記辞書画像をレーダ画像505と共に表示する手段506からなる。

概要

背景

図9は例えば特開平6−174838号公報に示された従来のレーダ装置の構成を示す図であり、図において、501は送信機、502は送受切換器、503は送受信アンテナ、504は受信機、505はレーダ画像再生手段、506はレーダ画像表示手段、507は目標追尾手段、508は点像応答推定手段、509は目標アスペクト角推定手段、510はRCS算出手段、511は畳み込み積分手段、512は目標形状データ蓄積手段、513はオペレータを示す。

図10は観測時の目標とレーダとの位置関係および目標の運動を示す図であり、図中521は目標、522はレーダ装置を示す。図11は図9で示したレーダ画像再生手段505の内部を詳細に示したものであり、531はレンジ圧縮手段、532は動き補償手段、533はクロスレンジ圧縮手段、534は二次元記憶手段を示す。図12は図9で示したレーダ画像表示手段506の内部を詳細に示したものであり、541は二次元表示バッファ、542はモニタTVを示す。

次に図面に従って動作について説明する。送信機501で発生した高周波信号は、送受切換器502を経て送受信アンテナ503から目標521に向け放射される。目標521に照射された高周波信号の一部がレーダ装置522の方向に反射し送受信アンテナ503で受信され、送受切換器502を経て受信機504で増幅検波された後、レーダ画像再生手段505によって目標521の三次元レーダ反射断面積(RCS:Radar Cross Section)分布を示すレーダ画像に変換され、レーダ画像表示手段506により表示される。

以下に、画像再生の方法について詳しく説明する。受信機504から出力された受信信号は、レーダ画像再生手段505へ入力され、まず、レンジ圧縮手段531でレンジ分解能を向上させる処理即ちパルス圧縮が行なわれる。レンジ圧縮後の受信信号は二次元記憶手段534にレンジビン番号mおよびパルスヒット番号nに応じて格納される。目標521の動きから画像再生に有害なランダム成分を除去するために、受信信号は二次元記憶手段534から読み出され、目標521の中心点ドップラ周波数が0となるように、動き補償手段532により位相補償およびレンジビンの並べ換えが行なわれ、再び二次元記憶手段534に格納される。

今、図10に示すように目標521がヨー運動による回転あるいは直進運動をしているものと仮定すると、同一レンジビン内に存在する目標上の相異なる点がそれぞれ異なるドップラ周波数の反射波を発生する。これを利用して、クロスレンジ圧縮手段533では上記位相補償後の受信信号をレンジビン毎高速フーリエ変換(FFT:Fast Fourier Transform)することにより、クロスレンジ分解能の向上を図る。

レンジおよびクロスレンジの両方向について高分解能化され、目標の各点のRCS分布を表すレーダ画像はレーダ画像表示手段506へ送られ、二次元表示バッファ541に一旦格納された後、モニタTV542に画像として表示される。このように目標の運動により生じるドップラー効果を利用してその形状を得るレーダ装置はISAR(Inverse Synthetic Aperture Radar)として知られている。

受信機504で得られる受信信号は目標追尾手段507にも供給され、目標の進行方向、位置、速度、加速度等の運動特性が目標追尾手段507により推定される。この結果とレーダ装置の諸元からレーダ装置のインパルスレスポンスに相当する点像応答関数が点像応答推定手段508によって算出される。また同時に、目標アスペクト角推定手段509において、目標521およびレーダ装置522の位置および目標521の進行方向から目標のアスペクト角が推定される。目標形状データ蓄積手段512では、目標毎の3次元形状データが格納されている。

RCS算出手段510では、目標形状データ蓄積手段512に格納された3次元形状データを順次読みだし、推定した目標のアスペクト角に基づいて目標のRCS分布を算出する。RCS分布の計算には、例えば回折幾何学的理論(GTD:Geometrical Theory of Diffraction)や回折の物理的理論(PTD:Physical Theory of Diffraction)など良く知られた手法が利用できる。このとき、目標の形状データの分解能はレーダ装置の分解能とは必ずしも一致しないので、これを整合させるため、畳み込み積分手段511において、RCS分布と点像応答関数との畳み込み積分を行ない、認識・識別用辞書画像を生成する。

このようにして生成した辞書画像を再生したレーダ画像と共にレーダ画像表示手段506で表示するので、これをオペレータ513が同時に見ることができ、たとえレーダ画像が日常見慣れた可視光による目標の画像と異なっていても、容易に認識・識別することができる。

概要

目標の複合回転運動等を推定できまたレーダ画像と辞書画像のマッチングの際にレーダ画像の伸縮を自動的に行なえるレーダ装置を得る。

レーダ画像上の目標の軸傾きおよびドップラー幅を推定する手段1,2、目標追尾結果507からの目標とレーダの位置関係とレーダ画像上の目標の軸傾きからレーダ画像のクロスレンジ軸ベクトル制約を加える手段3、各候補目標の形状データ512から各候補目標のクロスレンジ方向の実寸法のクロスレンジ長特性を得る手段5、目標とレーダ装置の位置および目標の進行方向から目標のアスペクト角を推定する手段509、上記2,3,5の結果からレーダ画像の投影面を決定する手段4、上記各候補目標の形状データと目標のアスペクト角から候補目標の三次元レーダ反射断面積RCS分布を算出する手段510、RCS分布と投影面から候補目標ごとの識別用辞書画像を生成する手段7、上記辞書画像をレーダ画像505と共に表示する手段506からなる。

目的

この発明は係る問題を解消するためのもので、目標のロールピッチ、ヨー、またはそれらの複合回転運動を推定でき、また、レーダ画像と辞書画像のマッチングを行なう際にレーダ画像の伸縮を自動的に行なえるレーダ装置を提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
4件
牽制数
4件

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請求項1

パルス圧縮によりレンジ方向分解能を向上させ、さらに目標の回転あるいは移動により生じるドップラー効果を利用してクロスレンジ方向の分解能を向上させることにより目標の画像を得ることを特徴とするレーダ装置

請求項2

受信信号から目標のレーダ画像再生するレーダ画像再生手段と、受信信号から目標を追尾する目標追尾手段と、レーダ画像上の目標の軸の傾きを推定する主軸傾斜抽出手段と、レーダ画像上の目標のドップラー幅を推定するドップラー幅算出手段と、追尾結果より得られる目標とレーダ位置関係と、レーダ画像上の目標の軸の傾きから、レーダ画像のクロスレンジを決定するクロスレンジ軸ベクトル制約を加えるクロスレンジ軸制約手段と、予め格納された各候補目標の形状データから、各候補目標のクロスレンジ方向の実寸法のクロスレンジ長特性を得るクロスレンジ長特性算出手段と、目標およびレーダ装置の位置および目標の進行方向から目標のアスペクト角を推定する目標アスペクト角推定手段と、上記レーダ画像上の目標のドップラー幅と、クロスレンジ軸に関する制約条件と、候補目標のクロスレンジ長特性から、各候補目標ごとにクロスレンジ軸ベクトルひいてはレーダ画像の投影面を決定する候補目標クロスレンジ軸ベクトル算出手段と、上記格納された各候補目標の形状データと、目標アスペクト角推定手段で得られた目標のアスペクト角から候補目標の三次元レーダ反射断面積分布を算出するRCS算出手段と、RCS分布と投影面から候補目標ごとの識別用辞書画像を生成する候補目標辞書画像生成手段と、上記辞書画像を上記レーダ画像再生手段で得られたレーダ画像と共に表示するレーダ画像表示手段と、を備えたことを特徴とする請求項1に記載のレーダ装置。

請求項3

受信信号から目標のレーダ画像を再生するレーダ画像再生手段と、受信信号から目標を追尾する目標追尾手段と、レーダ画像上の目標の軸の傾きを推定する主軸傾斜抽出手段と、レーダ画像上の目標のドップラー幅を推定するドップラー幅算出手段と、追尾結果より得られる目標とレーダの位置関係と、レーダ画像上の目標の軸の傾きから、レーダ画像のクロスレンジを決定するクロスレンジ軸ベクトルに制約を加えるクロスレンジ軸制約手段と、予め格納された各候補目標の形状データから、各候補目標のクロスレンジ方向の実寸法のクロスレンジ長特性を得るクロスレンジ長特性算出手段と、上記レーダ画像上の目標のドップラー幅と、クロスレンジ軸に関する制約条件と、候補目標のクロスレンジ長特性から、各候補目標ごとにクロスレンジ軸ベクトルひいてはレーダ画像の投影面を決定する候補目標クロスレンジ軸ベクトル算出手段と、上記予め格納された各候補目標の形状データから各候補目標の三次元形状自体の分布を求めるシルエット分布算出手段と、このシルエット分布を決定された投影面に投影するシルエット画像生成手段と、このシルエット画像を上記レーダ画像再生手段で得られたレーダ画像と共に表示するレーダ画像表示手段と、を備えたことを特徴とする請求項1に記載のレーダ装置。

請求項4

上記クロスレンジ軸制約手段が、目標を低エレベーション角から観測する場合のクロスレンジ軸ベクトルの制約条件を与える低高度クロスレンジ軸制約手段からなり、上記候補目標クロスレンジ軸ベクトル算出手段が、同じく目標を低エレベーション角から観測する場合に各候補目標ごとのクロスレンジ軸ベクトルを決定する低高度候補目標クロスレンジ軸ベクトル算出手段からなることを特徴とする請求項2に記載のレーダ装置。

請求項5

上記クロスレンジ軸制約手段または低高度クロスレンジ軸制約手段が、観測エレベーション角の大小でクロスレンジ軸の制約条件の算出方法切換える高度切換クロスレンジ軸制約手段からなり、上記候補目標クロスレンジ軸ベクトル算出手段または低高度候補目標クロスレンジ軸ベクトル算出手段が、観測エレベーション角の大小で各候補目標のクロスレンジ軸ベクトルの算出方法を切換える高度切換候補目標クロスレンジ軸ベクトル算出手段からなることを特徴とする請求項2ないし4のいずれかに記載のレーダ装置。

請求項6

上記高度切換クロスレンジ軸制約手段が、エレベーション角が大きい場合にクロスレンジ軸の制約条件を決定する上記クロスレンジ軸制約手段、エレベーション角が小さい場合にクロスレンジ軸の制約条件を決定する上記低高度クロスレンジ軸制約手段、目標アスペクト角推定手段の出力結果である観測エレベーション角を読み込みその値の大小で上記クロスレンジ軸制約手段と低高度クロスレンジ軸制約手段の処理の切換指示を出す処理切換器、を含むことを特徴とする請求項5に記載のレーダ装置。

請求項7

上記高度切換候補目標クロスレンジ軸ベクトル算出手段が、エレベーション角が大きい場合に各候補目標ごとのクロスレンジ軸を決定する上記候補目標クロスレンジ軸ベクトル算出手段、エレベーション角が小さい場合に各候補目標ごとのクロスレンジ軸を決定する上記低高度候補目標クロスレンジ軸ベクトル算出手段、目標アスペクト角推定手段の出力結果である観測エレベーション角を読み込みその値の大小で上記候補目標クロスレンジ軸ベクトル算出手段と低高度候補目標クロスレンジ軸ベクトル算出手段の処理を切換える処理切換器、を含むことを特徴とする請求項5または6に記載のレーダ装置。

技術分野

0001

この発明はレーダ装置に関し、特にレーダ画像を用いた目標の認識・識別に関するものである。

背景技術

0002

図9は例えば特開平6−174838号公報に示された従来のレーダ装置の構成を示す図であり、図において、501は送信機、502は送受切換器、503は送受信アンテナ、504は受信機、505はレーダ画像再生手段、506はレーダ画像表示手段、507は目標追尾手段、508は点像応答推定手段、509は目標アスペクト角推定手段、510はRCS算出手段、511は畳み込み積分手段、512は目標形状データ蓄積手段、513はオペレータを示す。

0003

図10観測時の目標とレーダとの位置関係および目標の運動を示す図であり、図中521は目標、522はレーダ装置を示す。図11図9で示したレーダ画像再生手段505の内部を詳細に示したものであり、531はレンジ圧縮手段、532は動き補償手段、533はクロスレンジ圧縮手段、534は二次元記憶手段を示す。図12図9で示したレーダ画像表示手段506の内部を詳細に示したものであり、541は二次元表示バッファ、542はモニタTVを示す。

0004

次に図面に従って動作について説明する。送信機501で発生した高周波信号は、送受切換器502を経て送受信アンテナ503から目標521に向け放射される。目標521に照射された高周波信号の一部がレーダ装置522の方向に反射し送受信アンテナ503で受信され、送受切換器502を経て受信機504で増幅検波された後、レーダ画像再生手段505によって目標521の三次元レーダ反射断面積(RCS:Radar Cross Section)分布を示すレーダ画像に変換され、レーダ画像表示手段506により表示される。

0005

以下に、画像再生の方法について詳しく説明する。受信機504から出力された受信信号は、レーダ画像再生手段505へ入力され、まず、レンジ圧縮手段531でレンジ分解能を向上させる処理即ちパルス圧縮が行なわれる。レンジ圧縮後の受信信号は二次元記憶手段534にレンジビン番号mおよびパルスヒット番号nに応じて格納される。目標521の動きから画像再生に有害なランダム成分を除去するために、受信信号は二次元記憶手段534から読み出され、目標521の中心点ドップラ周波数が0となるように、動き補償手段532により位相補償およびレンジビンの並べ換えが行なわれ、再び二次元記憶手段534に格納される。

0006

今、図10に示すように目標521がヨー運動による回転あるいは直進運動をしているものと仮定すると、同一レンジビン内に存在する目標上の相異なる点がそれぞれ異なるドップラ周波数の反射波を発生する。これを利用して、クロスレンジ圧縮手段533では上記位相補償後の受信信号をレンジビン毎高速フーリエ変換(FFT:Fast Fourier Transform)することにより、クロスレンジ分解能の向上を図る。

0007

レンジおよびクロスレンジの両方向について高分解能化され、目標の各点のRCS分布を表すレーダ画像はレーダ画像表示手段506へ送られ、二次元表示バッファ541に一旦格納された後、モニタTV542に画像として表示される。このように目標の運動により生じるドップラー効果を利用してその形状を得るレーダ装置はISAR(Inverse Synthetic Aperture Radar)として知られている。

0008

受信機504で得られる受信信号は目標追尾手段507にも供給され、目標の進行方向、位置、速度、加速度等の運動特性が目標追尾手段507により推定される。この結果とレーダ装置の諸元からレーダ装置のインパルスレスポンスに相当する点像応答関数が点像応答推定手段508によって算出される。また同時に、目標アスペクト角推定手段509において、目標521およびレーダ装置522の位置および目標521の進行方向から目標のアスペクト角が推定される。目標形状データ蓄積手段512では、目標毎の3次元形状データが格納されている。

0009

RCS算出手段510では、目標形状データ蓄積手段512に格納された3次元形状データを順次読みだし、推定した目標のアスペクト角に基づいて目標のRCS分布を算出する。RCS分布の計算には、例えば回折幾何学的理論(GTD:Geometrical Theory of Diffraction)や回折の物理的理論(PTD:Physical Theory of Diffraction)など良く知られた手法が利用できる。このとき、目標の形状データの分解能はレーダ装置の分解能とは必ずしも一致しないので、これを整合させるため、畳み込み積分手段511において、RCS分布と点像応答関数との畳み込み積分を行ない、認識・識別用辞書画像を生成する。

0010

このようにして生成した辞書画像を再生したレーダ画像と共にレーダ画像表示手段506で表示するので、これをオペレータ513が同時に見ることができ、たとえレーダ画像が日常見慣れた可視光による目標の画像と異なっていても、容易に認識・識別することができる。

発明が解決しようとする課題

0011

以上のような従来のレーダ装置では、未知目標並進運動については推定できても、例えば、ロールピッチ、ヨー、またはそれらの複合回転運動を推定する手段がないという欠点があった。また、レーダ画像と辞書画像のマッチングを行なう際に、クロスレンジスケーリング等を含むレーダ画像の伸縮を自動的に行なうことができないという欠点があった。

0012

この発明は係る問題を解消するためのもので、目標のロール、ピッチ、ヨー、またはそれらの複合の回転運動を推定でき、また、レーダ画像と辞書画像のマッチングを行なう際にレーダ画像の伸縮を自動的に行なえるレーダ装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0013

上記の目的に鑑み、この発明は、パルス圧縮によりレンジ方向の分解能を向上させ、さらに目標の回転あるいは移動により生じるドップラー効果を利用してクロスレンジ方向の分解能を向上させることにより目標の画像を得ることを特徴とするレーダ装置にある。

0014

また、受信信号から目標のレーダ画像を再生するレーダ画像再生手段と、受信信号から目標を追尾する目標追尾手段と、レーダ画像上の目標の軸の傾きを推定する主軸傾斜抽出手段と、レーダ画像上の目標のドップラー幅を推定するドップラー幅算出手段と、追尾結果より得られる目標とレーダの位置関係と、レーダ画像上の目標の軸の傾きから、レーダ画像のクロスレンジを決定するクロスレンジ軸ベクトル制約を加えるクロスレンジ軸制約手段と、予め格納された各候補目標の形状データから、各候補目標のクロスレンジ方向の実寸法のクロスレンジ長特性を得るクロスレンジ長特性算出手段と、目標およびレーダ装置の位置および目標の進行方向から目標のアスペクト角を推定する目標アスペクト角推定手段と、上記レーダ画像上の目標のドップラー幅と、クロスレンジ軸に関する制約条件と、候補目標のクロスレンジ長特性から、各候補目標ごとにクロスレンジ軸ベクトルひいてはレーダ画像の投影面を決定する候補目標クロスレンジ軸ベクトル算出手段と、上記格納された各候補目標の形状データと、目標アスペクト角推定手段で得られた目標のアスペクト角から候補目標の三次元レーダ反射断面積分布を算出するRCS算出手段と、RCS分布と投影面から候補目標ごとの識別用辞書画像を生成する候補目標辞書画像生成手段と、上記辞書画像を上記レーダ画像再生手段で得られたレーダ画像と共に表示するレーダ画像表示手段と、を備えたことを特徴とする請求項1に記載のレーダ装置にある。

0015

また、受信信号から目標のレーダ画像を再生するレーダ画像再生手段と、受信信号から目標を追尾する目標追尾手段と、レーダ画像上の目標の軸の傾きを推定する主軸傾斜抽出手段と、レーダ画像上の目標のドップラー幅を推定するドップラー幅算出手段と、追尾結果より得られる目標とレーダの位置関係と、レーダ画像上の目標の軸の傾きから、レーダ画像のクロスレンジを決定するクロスレンジ軸ベクトルに制約を加えるクロスレンジ軸制約手段と、予め格納された各候補目標の形状データから、各候補目標のクロスレンジ方向の実寸法のクロスレンジ長特性を得るクロスレンジ長特性算出手段と、上記レーダ画像上の目標のドップラー幅と、クロスレンジ軸に関する制約条件と、候補目標のクロスレンジ長特性から、各候補目標ごとにクロスレンジ軸ベクトルひいてはレーダ画像の投影面を決定する候補目標クロスレンジ軸ベクトル算出手段と、上記予め格納された各候補目標の形状データから各候補目標の三次元形状自体の分布を求めるシルエット分布算出手段と、このシルエット分布を決定された投影面に投影するシルエット画像生成手段と、このシルエット画像を上記レーダ画像再生手段で得られたレーダ画像と共に表示するレーダ画像表示手段と、を備えたことを特徴とする請求項1に記載のレーダ装置にある。

0016

また、上記クロスレンジ軸制約手段が、目標を低エレベーション角から観測する場合のクロスレンジ軸ベクトルの制約条件を与える低高度クロスレンジ軸制約手段からなり、上記候補目標クロスレンジ軸ベクトル算出手段が、同じく目標を低エレベーション角から観測する場合に各候補目標ごとのクロスレンジ軸ベクトルを決定する低高度候補目標クロスレンジ軸ベクトル算出手段からなることを特徴とする請求項2に記載のレーダ装置にある。

0017

また、上記クロスレンジ軸制約手段または低高度クロスレンジ軸制約手段が、観測エレベーション角の大小でクロスレンジ軸の制約条件の算出方法切換える高度切換クロスレンジ軸制約手段からなり、上記候補目標クロスレンジ軸ベクトル算出手段または低高度候補目標クロスレンジ軸ベクトル算出手段が、観測エレベーション角の大小で各候補目標のクロスレンジ軸ベクトルの算出方法を切換える高度切換候補目標クロスレンジ軸ベクトル算出手段からなることを特徴とする請求項2ないし4のいずれかに記載のレーダ装置にある。

0018

また、上記高度切換クロスレンジ軸制約手段が、エレベーション角が大きい場合にクロスレンジ軸の制約条件を決定する上記クロスレンジ軸制約手段、エレベーション角が小さい場合にクロスレンジ軸の制約条件を決定する上記低高度クロスレンジ軸制約手段、目標アスペクト角推定手段の出力結果である観測エレベーション角を読み込みその値の大小で上記クロスレンジ軸制約手段と低高度クロスレンジ軸制約手段の処理の切換指示を出す処理切換器、を含むことを特徴とする請求項5に記載のレーダ装置にある。

0019

また、上記高度切換候補目標クロスレンジ軸ベクトル算出手段が、エレベーション角が大きい場合に各候補目標ごとのクロスレンジ軸を決定する上記候補目標クロスレンジ軸ベクトル算出手段、エレベーション角が小さい場合に各候補目標ごとのクロスレンジ軸を決定する上記低高度候補目標クロスレンジ軸ベクトル算出手段、目標アスペクト角推定手段の出力結果である観測エレベーション角を読み込みその値の大小で上記候補目標クロスレンジ軸ベクトル算出手段と低高度候補目標クロスレンジ軸ベクトル算出手段の処理を切換える処理切換器、を含むことを特徴とする請求項5または6に記載のレーダ装置にある。

発明を実施するための最良の形態

0020

実施の形態1.図1はこの発明の一実施の形態によるレーダ装置の構成を示す図である。図において、1は主軸傾斜抽出手段、2はドップラー幅算出手段、3はクロスレンジ軸制約手段、4は候補目標クロスレンジ軸ベクトル算出手段、5はクロスレンジ長特性算出手段、6は投影面決定手段、7は候補目標辞書画像生成手段である。501、502、503、504、505、506、507、509、510、512は図9と同一である。

0021

図2および図3はこの実施の形態の処理内容を説明するための図である。次に、図1ないし図3を用いて本実施の形態の処理内容を説明する。送信機501で発生した高周波信号を、送受切換器502を経て送受信アンテナ503から目標521に向け放射し、目標で散乱された信号を送受信アンテナ503、送受切換器502を介して受信機504で増幅・検波した後にレーダ画像再生手段505によって目標521のRCS分布を示すレーダ画像に変換する処理は従来と同じである。

0022

また、受信機504で得られる受信信号を目標追尾手段507に供給し、目標追尾手段507で目標の進行方向、位置、速度、加速度等の運動特性を推定する処理も従来と同様である。

0023

図2の(a)に示す観測のジオメトリにおいてRR0はレーダ位置を基準とした回転中心単位位置ベクトルLLrotは目標の回転角速度ベクトル、GGは目標の前後方向の軸(以下では主軸と呼ぶ)の方向ベクトルであり以下では主軸ベクトルと呼ぶ。目標追尾手段507で得られた目標の進行方向ベクトルを主軸ベクトルGGとみなす。目標とレーダの位置関係より回転中心の単位位置ベクトルRR0が定まる。

0024

図2の(b)に示すISAR画像で目標のドップラー周波数幅ΔW、目標の主軸のISAR画像上での傾きΔfg/Δrgを定義する。主軸傾斜抽出手段1では、レーダ画像再生手段505で得られたISAR画像にエッジ抽出周波数成分の分析、オペレータによる目視等を適用してISAR画像上の主軸ベクトルの像を抽出し、その傾きΔfg/Δrgを得る。

0025

また、ドップラー幅算出手段2では、レーダ画像再生手段505で得られたISAR画像の二値化や、エッジ検出、オペレータによる目視等を適用して、ISAR画像上の目標像のドップラー幅ΔWを得る。GG,RR0,LLrot,Δfg,Δrg及び送信波長λの関係は次式で与えられる。

0026

0027

ここで目標上の回転中心を基準とした位置ベクトルがRRpcで与えられる反射点Pについて考える。回転中心のレンジをRcとすると、点PのレンジRpとドップラー周波数fpは次式でそれぞれ与えられる。

0028

0029

上式のうちのLLrotは未知であるが、ISARの画像再生においては、必ず既知単位ベクトルRR0と組みでRR0ラLLrotの形で表れる。このベクトルを改めてクロスレンジ軸ベクトルLLとして次式で与える。

0030

0031

これを用いて、式(1)は次式で表せる。

0032

0033

式(5)中で三次元ベクトルLLのみが未知であるが、このベクトルは既知の三次元ベクトルに垂直な平面内にあることから、未知数の次元は2となる。

0034

次にクロスレンジ軸制約手段3では、以上で得られた数値を用いて、クロスレンジ軸ベクトルの値に制約を加える。まず、図2の(a)に示す天頂方向の単位ベクトルZZを導入する。さらに既知のZZベクトルとRR0ベクトルを用いて、次式の単位ベクトルSSを定義する。

0035

0036

このSSは目標中心の単位方向ベクトルRR0に直交する平面上にある単位ベクトルであり、かつ天頂方向のベクトルに直交する。また次式で単位ベクトルTTを定義する。

0037

0038

TTは目標中心の単位方向ベクトルRR0に直交する平面上にある単位ベクトルで式(6)で定義した単位ベクトルSSと直交する。クロスレンジ軸ベクトルLLは、目標中心の単位方向ベクトルRR0に直交する平面上にあるベクトルであり式(6)(7)の二つの単位ベクトルSS,TT及び、未知数s,tを用いて次式で表せる。

0039

0040

式(8)のs,tが分かればクロスレンジ軸ベクトルLLが定まる。さて、sとtは次式の関係にある。

0041

0042

ただし、A、B、Cは次式で与えられる。

0043

0044

A,B,Cは既知である。式(9)(10)はクロスレンジ軸ベクトルの始点をs−t平面の座標原点に配置した場合の終点が、図2の(c)に示されるAs+Bt+C=0上に存在することを示している。つまり式(9)(10)まで考えるに及んで、LLが一次元の未知数で表せることになった。クロスレンジ軸制約手段3では式(9)(10)でクロスレンジベクトルの変動範囲を一次元のパラメータ変動にまで限定する。

0045

さらにレンジ軸ベクトルに直交する平面内で、SSベクトルから測った角度θを次式で与える。

0046

0047

次に候補目標クロスレンジ軸ベクトル算出手段4の動作について説明する。式(9)(10)でクロスレンジ軸ベクトルの未知数の次元を1にした。ここではクロスレンジ軸制約手段3で得られた制約条件、ドップラー幅算出手段2のドップラー幅ΔW及び後述するクロスレンジ長特性算出手段5で得られた各候補目標のクロスレンジ長の角度特性D(θ)から、クロスレンジ軸ベクトルを決定する。

0048

目標形状データ蓄積手段512では目標の三次元形状データを蓄積している。この三次元形状データは例えばポリゴンで構成されており、ポリゴンの頂点の座標の位置ベクトルはRR0n(n=1,2,...,N)で与えられている。これを、追尾により定まる目標の進行方向ベクトルと目標上の主軸ベクトルが一致するように配置する。この時の点の位置ベクトルをRRnする。

0049

レンジ軸に直交する平面でベクトルSSから測定した角度をθとする。各θに対するクロスレンジ軸ベクトルLL0(θ)を次式で与える。

0050

0051

各θごとに次式でクロスレンジ長D(θ)を得る。

0052

0053

ここでmaxは最大値を、minは最小値を得るオペレータである。sとθの関係が式(11)で与えられることから、D(θ)はsの関数D(s)とみなせる。また、クロスレンジ軸ベクトルのユークリッドノルム||LL(s)||は次式で与えられる。

0054

0055

||LL||を図3の(a)に示す。直線As+Bt+C=0が原点に最も近づく時のsの||LL(s)||が最小値になる。またDを図3の(b)に示す。さて、各sにおける各候補目標のドップラー幅C(s)は目標のクロスレンジ軸ベクトルのユークリッドノルム||LL(s)||とクロスレンジ幅D(s)の積で次式で与えられる。

0056

0057

このドップラーC(s)が先にドップラー幅算出手段2で得られた観測目標のドップラー幅ΔWと一致するときのsが各候補目標ごとのsの候補値と考えられる。C(s)とΔWのある一般的な関係は図3の(c)で与えられる。この両方の線の交点に対応するsが候補値である。よって評価指標F(s)を次式で定義し、この値を極小とするsを各候補目標ごとのsの候補値とする(図3の(d)参照)。

0058

sが定まれば式(9)よりtが定まり、これらs,tを式(8)に代入することでクロスレンジ軸ベクトルLLが定まる。候補目標クロスレンジ軸ベクトル算出手段4では各候補目標の各sの候補値ごとに以上の処理を行う。

0059

投影面決定手段6では、すでに定まっている各候補目標、各sの候補値ごとのクロスレンジ軸ベクトルLLとレンジ軸ベクトルで投影面を与える。

0060

RCS算出手段510では、従来の発明と同様に目標形状データ蓄積手段512から目標形状データを読み込み、目標追尾手段507の出力結果である目標追尾結果をもとに目標アスペクト角推定手段509で算出したアスペクト角を用いて、各候補目標の3次元RCS分布を得る。

0061

候補目標辞書画像生成手段7では、各候補目標、各sの候補値ごとに、前述した投影面にRCS分布を投影して認識識別用辞書画像を生成する。これをレーダ画像表示手段506ではレーダ画像再生手段505で得られたレーダ画像とともに表示する、もしくはパターンマッチング処理して、これをオペレータ513に表示する。なお、図2の(d)には候補目標形状平面投影の図が示されている。

0062

以上の処理を経ることにより、追尾により推定不可能な動揺運動を行う目標についてもパターンマッチング辞書を作成することができる。

0063

実施の形態2.図4はこの発明の別の実施の形態によるレーダ装置の構成を示す図である。図において、21はシルエット分布算出手段、22はシルエット画像生成手段である。その他のブロックが図1と同一である。本実施の形態では、目標のRCS分布を用いるかわりに、目標形状データに蓄積された目標形状データを、構造を定義する各点上に均一なRCS値、もしくは、なんらかの確率密度で与えられたRCS値が存在するものとして、これを投影面決定手段6で得られた投影面にシルエット画像生成手段22で投影する。

0064

すなわち、シルエット分布算出手段21では予め格納された各候補目標の形状データから各候補目標の三次元形状自体の分布を求める、シルエット画像生成手段22ではこのシルエット分布を決定された投影面に投影する。そしてこれをレーダ画像表示手段506でレーダ画像とともに表示する。

0065

以上の処理を経ることにより、実施の形態1の効果に加えて、RCS計算の負荷を低減して、比較的高品位な辞書画像を生成できる。

0066

実施の形態3.図5はこの発明のさらに別の実施の形態によるレーダ装置の構成を示す図である。図において、31は低高度クロスレンジ軸制約手段、32は低高度候補目標クロスレンジ軸ベクトル算出手段である。これ以外のブロックは図1と同様である。

0067

次に図5を用いて本実施の形態の処理内容を説明する。本実施の形態では、レーダと目標がほぼ同じ高度に存在する場合(低エレベーション角からの観測)を対象とする。この場合に、式(9)の制約条件は次式で表される。

0068

0069

さらに、次式の条件を考慮する

0070

0071

この条件を用いて式(17)を次式に変形する。

0072

0073

つまり、sについての制約条件として、上式のs0を与える。以上の処理を低高度クロスレンジ軸制約手段31で実行する。

0074

低高度候補目標クロスレンジ軸ベクトル算出手段32では、低高度クロスレンジ軸制約手段31の出力である式(19)の条件を用いて、クロスレンジ軸ベクトルLLのユークリッドノルム||LL||を次式で与える。

0075

0076

以下各候補目標ごとにドップラー幅算出手段2の出力である観測目標のドップラー幅ΔWとクロスレンジ長特性算出手段の出力である候補目標のクロスレンジ長特性D(t)から式(16)の評価指標(ただし、この場合は変数はt)を定義する。この値を極小とするtを検索して、その時のtと式(19)のsを式(8)に代入してクロスレンジ軸ベクトルLLを得る。この処理を低高度候補目標クロスレンジ軸ベクトル算出手段32で行う。以下の処理は実施の形態1と同一である。

0077

上記のような処理を行うことで、実施の形態1の効果に加えて、実施の形態1では適用不可能な観測エレベーション角が小さい場合に、目標識別用辞書を生成できる効果がある。

0078

実施の形態4.図6はこの発明のさらに別の実施の形態によるレーダ装置の構成を示す図である。図において、41は高度切換クロスレンジ軸制約手段である。42は高度切換候補目標クロスレンジ軸ベクトル算出手段である。その他は図1と同一である。

0079

図7は高度切換クロスレンジ軸制約手段41の構成を示す図である。図で、43は処理切換器である。クロスレンジ軸制約手段3は図1、低高度クロスレンジ軸制約手段31は図5のものと同一である。また図8は高度切換候補目標クロスレンジ軸ベクトル算出手段42の構成を示す図である。候補目標クロスレンジ軸ベクトル算出手段4は図1、低高度候補目標クロスレンジ軸ベクトル算出手段32は図5、処理切換器43は図7のものとそれぞれ同一である。

0080

次にこれらの図を用いて本実施の形態の処理内容を説明する。本実施の形態では、レーダの高度が高い場合言い換えると観測エレベーション角が大きい場合と、レーダの高度が低い場合言い換えると観測エレベーション角が小さい場合のいずれの場合でも目標識別用辞書を生成することを目標とする。

0081

高度切換クロスレンジ軸制約手段41、高度切換候補目標クロスレンジ軸ベクトル算出手段42のいずれにおいても、内部の処理切換器43で、観測エレベーション角の大きい場合と小さい場合の処理を切換る。内部の処理切換器は、目標アスペクト角推定手段の出力である観測エレベーション角を使用している。

0082

上記の処理を行うことで、実施の形態1、実施の形態4の効果を得られるだけでなく、両者の欠点を補いつつ利点を利用できるので、適用範囲が広がる効果がある。

発明の効果

0083

以上のようにこの発明によれば、パルス圧縮によりレンジ方向の分解能を向上させ、さらに目標の回転あるいは移動により生じるドップラー効果を利用してクロスレンジ方向の分解能を向上させることにより目標の画像を得ることを特徴とするレーダ装置としたので、ロール、ピッチ、ヨー、またはそれらの複合の回転運動を行う目標に対しても対応が可能となる。

0084

また、受信信号から目標のレーダ画像を再生するレーダ画像再生手段と、受信信号から目標を追尾する目標追尾手段と、レーダ画像上の目標の軸の傾きを推定する主軸傾斜抽出手段と、レーダ画像上の目標のドップラー幅を推定するドップラー幅算出手段と、追尾結果より得られる目標とレーダの位置関係と、レーダ画像上の目標の軸の傾きから、レーダ画像のクロスレンジを決定するクロスレンジ軸ベクトルに制約を加えるクロスレンジ軸制約手段と、予め格納された各候補目標の形状データから、各候補目標のクロスレンジ方向の実寸法のクロスレンジ長特性を得るクロスレンジ長特性算出手段と、目標およびレーダ装置の位置および目標の進行方向から目標のアスペクト角を推定する目標アスペクト角推定手段と、上記レーダ画像上の目標のドップラー幅と、クロスレンジ軸に関する制約条件と、候補目標のクロスレンジ長特性から、各候補目標ごとにクロスレンジ軸ベクトルひいてはレーダ画像の投影面を決定する候補目標クロスレンジ軸ベクトル算出手段と、上記格納された各候補目標の形状データと、目標アスペクト角推定手段で得られた目標のアスペクト角から候補目標の三次元レーダ反射断面積分布を算出するRCS算出手段と、RCS分布と投影面から候補目標ごとの識別用辞書画像を生成する候補目標辞書画像生成手段と、上記辞書画像を上記レーダ画像再生手段で得られたレーダ画像と共に表示するレーダ画像表示手段と、を備えた上記レーダ装置としたので、追尾により推定不可能な動揺運動を行う目標についてもパターンマッチング用辞書を作成することができる。

0085

また、受信信号から目標のレーダ画像を再生するレーダ画像再生手段と、受信信号から目標を追尾する目標追尾手段と、レーダ画像上の目標の軸の傾きを推定する主軸傾斜抽出手段と、レーダ画像上の目標のドップラー幅を推定するドップラー幅算出手段と、追尾結果より得られる目標とレーダの位置関係と、レーダ画像上の目標の軸の傾きから、レーダ画像のクロスレンジを決定するクロスレンジ軸ベクトルに制約を加えるクロスレンジ軸制約手段と、予め格納された各候補目標の形状データから、各候補目標のクロスレンジ方向の実寸法のクロスレンジ長特性を得るクロスレンジ長特性算出手段と、上記レーダ画像上の目標のドップラー幅と、クロスレンジ軸に関する制約条件と、候補目標のクロスレンジ長特性から、各候補目標ごとにクロスレンジ軸ベクトルひいてはレーダ画像の投影面を決定する候補目標クロスレンジ軸ベクトル算出手段と、上記予め格納された各候補目標の形状データから各候補目標の三次元形状自体の分布を求めるシルエット分布算出手段と、このシルエット分布を決定された投影面に投影するシルエット画像生成手段と、このシルエット画像を上記レーダ画像再生手段で得られたレーダ画像と共に表示するレーダ画像表示手段と、を備えた上記レーダ装置としたので、さらにRCS計算の負荷を低減して、かつ比較的高品位な辞書画像を生成できる。

0086

また、上記クロスレンジ軸制約手段が、目標を低エレベーション角から観測する場合のクロスレンジ軸ベクトルの制約条件を与える低高度クロスレンジ軸制約手段からなり、上記候補目標クロスレンジ軸ベクトル算出手段が、同じく目標を低エレベーション角から観測する場合に各候補目標ごとのクロスレンジ軸ベクトルを決定する低高度候補目標クロスレンジ軸ベクトル算出手段からなることを特徴とする2番目に記載のレーダ装置としたので、2番目のレーダ装置では適用不可能な観測エレベーション角が小さい場合に、目標識別用辞書を生成できる。

0087

また、上記クロスレンジ軸制約手段または低高度クロスレンジ軸制約手段が、観測エレベーション角の大小でクロスレンジ軸の制約条件の算出方法を切換える高度切換クロスレンジ軸制約手段からなり、上記候補目標クロスレンジ軸ベクトル算出手段または低高度候補目標クロスレンジ軸ベクトル算出手段が、観測エレベーション角の大小で各候補目標のクロスレンジ軸ベクトルの算出方法を切換える高度切換候補目標クロスレンジ軸ベクトル算出手段からなる上記レーダ装置としたので、上記2番目と4番目のレーダ装置の効果を得られるだけでなく、両者の欠点を補いつつ利点を利用できるので、適用範囲が広がる。

0088

また、上記高度切換クロスレンジ軸制約手段が、エレベーション角が大きい場合にクロスレンジ軸の制約条件を決定する上記クロスレンジ軸制約手段、エレベーション角が小さい場合にクロスレンジ軸の制約条件を決定する上記低高度クロスレンジ軸制約手段、目標アスペクト角推定手段の出力結果である観測エレベーション角を読み込みその値の大小で上記クロスレンジ軸制約手段と低高度クロスレンジ軸制約手段の処理の切換指示を出す処理切換器、を含むレーダ装置としたので、上記2番目と4番目のレーダ装置の効果を得られるだけでなく、両者の欠点を補いつつ利点を利用できるので、適用範囲が広がる。

0089

また、上記高度切換候補目標クロスレンジ軸ベクトル算出手段が、エレベーション角が大きい場合に各候補目標ごとのクロスレンジ軸を決定する上記候補目標クロスレンジ軸ベクトル算出手段、エレベーション角が小さい場合に各候補目標ごとのクロスレンジ軸を決定する上記低高度候補目標クロスレンジ軸ベクトル算出手段、目標アスペクト角推定手段の出力結果である観測エレベーション角を読み込みその値の大小で上記候補目標クロスレンジ軸ベクトル算出手段と低高度候補目標クロスレンジ軸ベクトル算出手段の処理を切換える処理切換器、を含むレーダ装置としたので、上記2番目と4番目のレーダ装置の効果を得られるだけでなく、両者の欠点を補いつつ利点を利用できるので、適用範囲が広がる。

図面の簡単な説明

0090

図1この発明の実施の形態1によるレーダ装置の構成を示す図である。
図2実施の形態1の処理内容を説明するための図である。
図3実施の形態1の処理内容を説明するための図である。
図4この発明の実施の形態2によるレーダ装置の構成を示す図である。
図5この発明の実施の形態3によるレーダ装置の構成を示す図である。
図6この発明の実施の形態4によるレーダ装置の構成を示す図である。
図7図6の高度切換クロスレンジ軸制約手段41の構成を示す図である。
図8図6の高度切換候補目標クロスレンジ軸ベクトル算出手段42の構成を示す図である。
図9従来のレーダ装置の構成を示す図である。
図10観測時の目標とレーダとの位置関係および目標の運動を示す図である。
図11図9で示したレーダ画像再生手段の内部を詳細に示した図である。
図12図9で示したレーダ画像表示手段の内部を詳細に示した図である。

--

0091

1主軸傾斜抽出手段、2ドップラー幅算出手段、3クロスレンジ軸制約手段、4候補目標クロスレンジ軸ベクトル算出手段、5 クロスレンジ長特性算出手段、6投影面決定手段、7 候補目標辞書画像生成手段、21シルエット分布算出手段、22シルエット画像生成手段、31 低高度クロスレンジ軸制約手段、32 低高度候補目標クロスレンジ軸ベクトル算出手段、41 高度切換クロスレンジ軸制約手段、42 高度切換候補目標クロスレンジ軸ベクトル算出手段、43は処理切換器、501送信機、502送受切換器、503送受信アンテナ、504受信機、505レーダ画像再生手段、506 レーダ画像表示手段、507目標追尾手段、509目標アスペクト角推定手段、510 RCS算出手段、512目標形状データ蓄積手段、513オペレータ。

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