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【発明の名称】 合成開口レーダ装置および目標散乱点検出方法
【発明者】 【氏名】堀内 健志

【氏名】藤坂 貴彦
【要約】 【課題】目標散乱点の検出精度を向上させることが困難であった。

【解決手段】周波数変換手段１４は目標画像の信号の各クロスレンジ成分についてのレンジ方向のデータ列をフーリエ変換し、周波数データ分割手段１５はその周波数データを２組の相似なベクトルに分割し、超解像処理手段１６はそれらのベクトルの相関行列に対して移動平均処理を実行して平均相関行列を計算し、その平均相関行列の固有ベクトルで構成される信号部分空間行列から得られる２組のベクトルの間の位相回転行列における対角成分に基づいて目標散乱点のレンジを推定し、レンジの推定値および平均相関行列の最小固有値に基づいて目標散乱点の反射強度を推定する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 目標に対して搬送波周波数が時間とともに変化するパルス信号を送信する送信手段と、前記目標で反射したパルス信号を受信する受信手段と、前記受信手段により受信された信号に基づいて、前記目標へのパルス信号の送信方向についてのレンジ成分と前記送信方向に直交する方向についてのクロスレンジ成分で構成される画像信号を生成する信号処理手段とを備えた合成開口レーダ装置において、各クロスレンジ成分についての前記レンジ方向のデータ列をフーリエ変換する周波数変換手段と、前記周波数変換手段により得られた周波数データを２組の相似なベクトルに分割する周波数データ分割手段と、超解像処理を実行して前記２組の相似なベクトルから目標散乱点のレンジおよび反射強度を計算する超解像処理手段とを備えることを特徴とする合成開口レーダ装置。
【請求項２】 超解像処理手段は、２組の相似なベクトルの相関行列を計算する相関行列算出手段と、前記相関行列に対して移動平均処理を実行して平均相関行列を計算する移動平均手段と、前記平均相関行列の固有値および固有ベクトルを計算し、目標散乱点と同数の前記固有ベクトルで構成される信号部分空間行列を生成する固有値解析手段と、前記信号部分空間行列に基づいて前記２組の相似なベクトルの間の位相回転行列を計算する位相回転行列計算手段と、前記位相回転行列の対角成分に基づいて前記目標散乱点のレンジを推定するレンジ推定手段と、前記レンジの推定値および前記平均相関行列の最小固有値に基づいて前記目標散乱点の反射強度を推定する反射強度推定手段とを有することを特徴とする請求項１記載の合成開口レーダ装置。
【請求項３】 周波数変換手段により得られた周波数データを逆フーリエ変換して目標のレンジ方向のレンジプロフィールを生成する時間変換手段と、前記時間変換手段により生成された前記レンジプロフィールとレンジ推定手段により推定された目標散乱点のレンジおよび反射強度推定手段により推定された目標散乱点の反射強度とを比較して、前記レンジプロフィールを超える前記レンジおよび反射強度を有する目標散乱点を削除する判定手段を備えることを特徴とする請求項２記載の合成開口レーダ装置。
【請求項４】 周波数変換手段により得られた周波数データを逆フーリエ変換して目標のレンジ方向のレンジプロフィールを生成する時間変換手段と、レンジ推定手段により推定された目標散乱点のレンジおよび反射強度推定手段により推定された前記目標散乱点の反射強度と前記時間変換手段により得られたレンジプロフィールとを比較して、前記レンジプロフィールを超える前記レンジおよび反射強度を有する前記目標散乱点が存在するか否かを判定する判定手段を備え、固有値解析手段は、前記判定手段により前記レンジプロフィールを超える前記レンジおよび反射強度を有する目標散乱点が存在すると判定された場合に、平均相関行列の最小固有値を元の前記最小固有値より大きい固有値に変更し、レンジ推定手段は、変更後の前記最小固有値に基づいて前記目標散乱点のレンジを推定し、反射強度推定手段は、変更後の前記最小固有値に基づいて前記目標散乱点の反射強度を推定することを特徴とする請求項３記載の合成開口レーダ装置。
【請求項５】 目標に対して搬送波周波数が時間とともに変化するパルス信号を送信するステップと、前記目標で反射したパルス信号を受信するステップと、受信した信号に基づいて、前記目標へのパルス信号の送信方向についてのレンジ成分と前記送信方向に直交する方向についてのクロスレンジ成分で構成される画像信号を生成するステップとを備えた目標散乱点検出方法において、各クロスレンジ成分についての前記レンジ方向のデータ列をフーリエ変換するステップと、前記周波数変換手段により得られた周波数データを２組の相似なベクトルに分割するステップと、前記２組の相似なベクトルの相関行列を計算するステップと、前記相関行列に対して移動平均処理を実行して平均相関行列を計算するステップと、前記平均相関行列の固有値および固有ベクトルを計算するステップと、目標散乱点と同数の前記固有ベクトルで構成される信号部分空間行列を生成するステップと、前記信号部分空間行列に基づいて前記２組の相似なベクトルの間の位相回転行列を計算するステップと、前記位相回転行列の対角成分に基づいて前記目標散乱点のレンジを推定するステップと、前記レンジの推定値および前記平均相関行列の最小固有値に基づいて前記目標散乱点の反射強度を推定するステップとを備えることを特徴とする目標散乱点検出方法。
【請求項６】 周波数データを逆フーリエ変換して目標のレンジ方向のレンジプロフィールを生成するステップと、推定した目標散乱点のレンジおよび反射強度と前記レンジプロフィールとを比較して、前記レンジプロフィールを超える前記レンジおよび反射強度を有する前記目標散乱点を削除するステップとを備えることを特徴とする請求項５記載の目標散乱点検出方法。
【請求項７】 周波数データを逆フーリエ変換して前記目標のレンジ方向のレンジプロフィールを生成するステップと、推定した目標散乱点のレンジおよび反射強度と前記レンジプロフィールと比較して、前記レンジプロフィールを超える前記レンジおよび反射強度を有する前記目標散乱点が存在するか否かを判定するステップと、前記レンジプロフィールを超える前記レンジおよび反射強度を有する目標散乱点が存在すると判定された場合に平均相関行列の最小固有値を元の前記最小固有値より大きい固有値に変更するステップと、変更後の前記最小固有値に基づいて前記目標散乱点のレンジを推定するステップと、変更後の前記最小固有値に基づいて前記目標散乱点の反射強度を推定するステップとを備えることを特徴とする請求項６記載の目標散乱点検出方法。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は観測対象となる目標に対して搬送波周波数が時間とともに変化するパルス信号を送信し、目標で反射したパルス信号を受信し、受信した信号に基づいて目標へのパルス信号の送信方向についてのレンジ成分と送信方向に直交する方向についてのクロスレンジ成分で構成される画像信号を生成する合成開口レーダ装置および目標散乱点検出方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図９は例えば「Ａｉｒｂｏｒｎｅ Ｐｕｌｓｅｄ Ｄｏｐｐｌｅｒ Ｒａｄａｒ Ｓｅｃｏｎｄ Ｅｄｉｔｉｏｎ」（Ｇ．Ｍｏｒｒｉｓ、Ｌ．Ｈａｒｋｎｅｓｓ著、Ａｒｔｅｃｈ Ｈｏｕｓｅ発行、１９９７年）に記載の従来の合成開口レーダ装置を示すブロック図である。図９において、１０１はパルス信号を出力する送信機であり、１０２は制御回路１０４より供給される周波数制御信号に基づいて時間とともに周波数を変化させて発振する局部発振器であり、１０３は送信機１０１に対してトリガ信号を供給するパルス変調器であり、１０４は局部発振器１０２に周波数制御信号を供給する制御回路であり、１０５はパルス信号の送受信を切換える送受切換器であり、１０６は送受切換器１０５を介して送信機１０１より供給されるパルス信号を目標に対して送信するとともに、目標で反射したパルス信号を受信するアンテナであり、１０７はアンテナ１０６により受信されたパルス信号に対して受信処理を実行して受信信号を出力する受信機である。
【０００３】１０８はレンジ圧縮手段１１１、メモリ１１２およびクロスレンジ圧縮手段１１３を有する信号処理器である。信号処理器１０８において、１１１は受信機１０７からの受信信号を各パルス毎に圧縮するレンジ圧縮手段であり、１１２はレンジ圧縮された各パルスの受信信号を蓄積するメモリであり、１１３はレンジ圧縮された複数のパルス信号に対応する受信信号をメモリ１１２から読み出し、これらに対してクロスレンジ圧縮を行い、目標の画像信号を生成するクロスレンジ圧縮手段である。
【０００４】次に動作について説明する。図１０はパルス信号の元になる搬送波の周波数の時間的変化の一例を示す図であり、図１１はクロスレンジ圧縮を説明する図である。制御回路１０４は、図１０（ａ），（ｂ）に示すように時間とともに搬送波周波数が線形に変化するように周波数制御信号を局部発振器１０２に供給して局部発振器１０２の発振周波数を制御する。局部発振器１０２は、制御回路１０４からの周波数制御信号に基づく搬送波周波数の信号を発振し、送信機１０１に供給する。時間ｔにおける搬送波周波数ｆ（ｔ）は、周波数初期値をｆ0 とし、周波数変化率をｈとしたとき、式（１）に基づいて設定される。
ｆ（ｔ）＝ｆ0 ＋ｈｔ （１）
【０００５】送信機１０１は局部発振器１０２からの信号を増幅し、パルス変調器１０３からの送信トリガ信号に同期してパルス信号を生成する。送信機１０１により生成されたパルス信号は送受切換器１０５を介してアンテナ１０６に給電され、アンテナ１０６より目標へ放射される。
【０００６】また、アンテナ１０６は目標で反射したパルス信号を受信し、送受切換器１０５を介して受信機１０７に供給する。受信機１０７はそのパルス信号を周波数変換した後、位相検波およびディジタル変換をし、それらの処理後の信号を受信信号として信号処理器１０８のレンジ圧縮手段１１１に供給する。
【０００７】信号処理器１０８のレンジ圧縮手段１１１は、各パルス毎に受信機１０７から供給された受信信号に対して、図１０（ｃ），（ｄ）に示すように時間とともに周波数の変化する信号で畳込み演算を行う。これにより受信信号は、図１０（ｅ）に示すようにパルス信号の搬送周波数変化量Δｆの逆数１/Δｆに相当するパルス幅にレンジ圧縮される。
【０００８】レンジ圧縮手段１１１によりレンジ圧縮された各受信信号は、メモリ１１２に蓄積される。クロスレンジ圧縮手段１１３は、レンジ圧縮された複数の受信信号をメモリ１１２から読み出し、図１１に示すように、これらの受信信号を２次元に配列させ、レンジ方向に式（２）による間隔ΔＲのセル毎に、複数の受信信号に対して、図１０（ｃ），（ｄ）に示すように時間とともに周波数の変化する信号で畳込み演算を行う。これにより受信信号はクロスレンジ方向に圧縮されて、目標の画像の信号が生成される。
ΔＲ＝ｃ／（２Δｆ） （２）
ここでｃは光速を表す。
【０００９】そして生成された目標の画像において、レンジ方向のセル間隔ΔＲ毎に得られる振幅値のピークを検出することにより、目標散乱点が検出される。
【００１０】以上のようにして、観測対象となる目標に対して搬送波周波数が時間とともに変化するパルス信号を送信し、目標で反射したパルス信号を受信して受信信号から目標の画像を生成して目標散乱点が検出される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】従来の合成開口レーダ装置は以上のように構成されているので、上記の式（２）により与えられる間隔ΔＲ以下でレンジ方向に近接した目標散乱点を分離して検出すること、すなわち分解能ΔＲ以上の解像度で目標散乱点を検出することが困難であるなどの課題があった。
【００１２】なお、例えば「ＳＡＲ Ｓｕｐｅｒ−Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｉｍａｇｉｎｇ」（Ｓ．Ｂａｒｂａｒｏｓｓａら著、ＡＥＵＥ Ｉｎｔ． Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｃｏｍｍｕｎ．、第５０巻、Ｎｏ．２、第１３３頁〜第１３８頁、１９９６年）に記載の従来の技術では、ＭＵＳＩＣ（ＭＵｌｔｉｐｌｅ ＳＩｇｎａｌ Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）アルゴリズムやＥＳＰＲＩＴ（Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｉｇｎａｌ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｖｉａ Ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｖａｒｉａｎｃｅ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ）アルゴリズムを合成開口レーダ装置による画像生成に応用しているが、各目標散乱点からの反射波間の相関を抑圧した高解像化がなされていないため、高い解像度を得ることが困難である。
【００１３】この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、受信した信号の各クロスレンジ成分についてのレンジ方向のデータ列をフーリエ変換し、それにより得られた周波数データを２組の相似なベクトルに分割し、その２組の相似なベクトルの相関行列を計算し、その相関行列に対して移動平均処理を実行して平均相関行列を計算し、その平均相関行列の固有値および固有ベクトルを計算し、目標散乱点と同数の固有ベクトルで構成される信号部分空間行列を生成し、信号部分空間行列に基づいて２組の相似なベクトルの間の位相回転行列を計算し、その位相回転行列の対角成分に基づいて目標散乱点のレンジを推定し、レンジの推定値および平均相関行列の最小固有値に基づいて目標散乱点の反射強度を推定するようにして、各目標散乱点からの反射波の間の相関を抑圧した上で、パルスの搬送周波数変化量Δｆによって決まる分解能ΔＲ以上の解像度で目標散乱点を検出することができる合成開口レーダ装置および目標散乱点検出方法を得ることを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】この発明に係る合成開口レーダ装置は、各クロスレンジ成分についてのレンジ方向のデータ列をフーリエ変換する周波数変換手段と、周波数変換手段により得られた周波数データを２組の相似なベクトルに分割する周波数データ分割手段と、超解像処理を実行して２組の相似なベクトルから目標散乱点のレンジおよび反射強度を計算する超解像処理手段とを備えるようにしたものである。
【００１５】この発明に係る合成開口レーダ装置は、２組の相似なベクトルの相関行列を計算する相関行列算出手段と、相関行列に対して移動平均処理を実行して平均相関行列を計算する移動平均手段と、その平均相関行列の固有値および固有ベクトルを計算し、目標散乱点と同数の固有ベクトルで構成される信号部分空間行列を生成する固有値解析手段と、信号部分空間行列に基づいて２組の相似なベクトルの間の位相回転行列を計算する位相回転行列計算手段と、位相回転行列の対角成分に基づいて目標散乱点のレンジを推定するレンジ推定手段と、レンジの推定値および平均相関行列の最小固有値に基づいて目標散乱点の反射強度を推定する反射強度推定手段とを超解像処理手段に有するものである。
【００１６】この発明に係る合成開口レーダ装置は、周波数変換手段により得られた周波数データを逆フーリエ変換して目標のレンジ方向のレンジプロフィールを生成する時間変換手段と、レンジ推定手段により推定された目標散乱点のレンジおよび反射強度推定手段により推定された目標散乱点の反射強度とそのレンジプロフィールとを比較して、レンジプロフィールを超えるレンジおよび反射強度を有する目標散乱点を削除する判定手段とを備えるようにしたものである。
【００１７】この発明に係る合成開口レーダ装置は、周波数変換手段により得られた周波数データを逆フーリエ変換して目標のレンジ方向のレンジプロフィールを生成する時間変換手段と、レンジ推定手段により推定された目標散乱点のレンジおよび反射強度推定手段により推定された目標散乱点の反射強度と時間変換手段により得られたレンジプロフィールとを比較して、レンジプロフィールを超えるレンジおよび反射強度を有する目標散乱点が存在するか否かを判定する判定手段を備え、判定手段によりレンジプロフィールを超えるレンジおよび反射強度を有する目標散乱点が存在すると判定された場合に、固有値解析手段が平均相関行列の最小固有値を元の最小固有値より大きい固有値に変更し、レンジ推定手段および反射強度推定手段が変更後の最小固有値に基づいて目標散乱点のレンジおよび反射強度を推定するようにしたものである。
【００１８】この発明に係る目標散乱点検出方法は、各クロスレンジ成分についてのレンジ方向のデータ列をフーリエ変換するステップと、周波数変換手段により得られた周波数データを２組の相似なベクトルに分割するステップと、２組の相似なベクトルの相関行列を計算するステップと、相関行列に対して移動平均処理を実行して平均相関行列を計算するステップと、その平均相関行列の固有値および固有ベクトルを計算するステップと、目標散乱点と同数の固有ベクトルで構成される信号部分空間行列を生成するステップと、信号部分空間行列に基づいて２組の相似なベクトルの間の位相回転行列を計算するステップと、位相回転行列の対角成分に基づいて目標散乱点のレンジを推定するステップと、レンジの推定値および平均相関行列の最小固有値に基づいて目標散乱点の反射強度を推定するステップとを備えるようにしたものである。
【００１９】この発明に係る目標散乱点検出方法は、周波数データを逆フーリエ変換して目標のレンジ方向のレンジプロフィールを生成するステップと、推定した目標散乱点のレンジおよび反射強度とレンジプロフィールとを比較して、レンジプロフィールを超えるレンジおよび反射強度を有する目標散乱点を削除するステップとを備えるようにしたものである。
【００２０】この発明に係る目標散乱点検出方法は、周波数データを逆フーリエ変換して目標のレンジ方向のレンジプロフィールを生成するステップと、推定した目標散乱点のレンジおよび反射強度とレンジプロフィールと比較して、レンジプロフィールを超えるレンジおよび反射強度を有する目標散乱点が存在するか否かを判定するステップと、レンジプロフィールを超えるレンジおよび反射強度を有する目標散乱点が存在すると判定された場合に平均相関行列の最小固有値を元の最小固有値より大きい固有値に変更するステップと、変更後の最小固有値に基づいて目標散乱点のレンジを推定するステップと、変更後の最小固有値に基づいて目標散乱点の反射強度を推定するステップとを備えるようにしたものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１による合成開口レーダ装置の構成を示すブロック図であり、図２は図１の超解像処理手段１６の構成例を示すブロック図である。図１において、１はパルス信号を出力する送信機（送信手段）であり、２は制御回路４より供給される周波数制御信号に基づいて時間とともに周波数を変化させて発振する局部発振器であり、３は送信機１に対してトリガ信号を供給するパルス変調器であり、４は局部発振器２に周波数制御信号を供給する制御回路であり、５はパルス信号の送受信を切換える送受切換器であり、６は送受切換器５を介して送信機１より供給されるパルス信号を目標に対して送信するとともに、目標で反射したパルス信号を受信するアンテナであり、７はアンテナ６により受信されたパルス信号に対して受信処理を実行して受信信号を出力する受信機（受信手段）である。
【００２２】８はレンジ圧縮手段１１、メモリ１２およびクロスレンジ圧縮手段１３を有する信号処理器（信号処理手段）である。信号処理器８において、１１は受信機７からの受信信号を各パルス毎に圧縮するレンジ圧縮手段であり、１２はレンジ圧縮された各受信信号を蓄積するメモリであり、１３はレンジ圧縮された複数の受信信号をメモリ１２から読み出し、これらに対してクロスレンジ圧縮を行い、目標の画像信号を生成するクロスレンジ圧縮手段であり、１４はクロスレンジ圧縮後の各クロスレンジ成分についてのレンジ方向のデータ列をフーリエ変換する周波数変換手段であり、１５は周波数変換手段１４により得られた周波数データを２組の相似なベクトルに分割する周波数データ分割手段であり、１６は超解像処理を実行して２組の相似なベクトルから目標散乱点のレンジおよび反射強度を計算する超解像処理手段である。
【００２３】図２に示す超解像処理手段１６において、２１は周波数変換手段１４からの２組の相似なベクトルの相関行列を計算する相関行列算出手段であり、２２は相関行列に対して移動平均処理を実行して平均相関行列を計算する移動平均手段であり、２３は目標散乱点と同数の平均相関行列の固有ベクトルで構成される信号部分空間行列を生成する固有値解析手段であり、２４は２組の相似なベクトルの間の位相回転行列を計算するＴＬＳ（Ｔｏｔａｌ Ｌｅａｓｔ Ｓｑｕａｒｅｓ）解法手段（位相回転行列計算手段）であり、２５は位相回転行列の対角成分に基づいて目標散乱点のレンジを推定するレンジ推定手段であり、２６は目標散乱点のレンジの推定値および平均相関行列の最小固有値に基づいて目標散乱点の反射強度を推定する反射強度推定手段である。
【００２４】次に動作について説明する。図３はクロスレンジ圧縮手段１３により得られる目標画像のデータ配列を示す図であり、図４は周波数データ分割手段１５により得られる２つの相似な受信ベクトルの一例を示す図である。
【００２５】制御回路４は、図１０（ａ），（ｂ）に示すように時間とともに搬送波周波数が線形に変化するように周波数制御信号を局部発振器２に供給して局部発振器２の発振周波数を制御する。局部発振器２は制御回路４からの周波数制御信号に基づく搬送波周波数の信号を発振し、送信機１に供給する。時間ｔにおける搬送波周波数ｆ（ｔ）は、周波数初期値をｆ0 とし、周波数変化率をｈとしたとき、式（１）に基づいて設定される。
【００２６】送信機１は局部発振器２からの信号を増幅し、パルス変調器３からの送信トリガ信号に同期してパルス信号を生成する。送信機１により生成されたパルス信号は送受切換器５を介してアンテナ６に給電され、アンテナ６より目標へ放射される。
【００２７】また、アンテナ６は目標で反射したパルス信号を受信し、送受切換器５を介して受信機７に供給する。受信機７はそのパルス信号を周波数変換した後、位相検波およびディジタル変換をし、それらの処理後の信号を受信信号として信号処理器８のレンジ圧縮手段１１に供給する。
【００２８】信号処理器８のレンジ圧縮手段１１は、各パルス毎に受信機７から供給された受信信号に対して、図１０（ｃ），（ｄ）に示すように時間とともに周波数の変化する信号で畳込み演算を行う。これにより受信信号は、図１０（ｅ）に示すようにパルス信号の搬送周波数変化量Δｆの逆数１/Δｆに相当するパルス幅にレンジ圧縮される。
【００２９】レンジ圧縮手段１１によりレンジ圧縮された各受信信号は、メモリ１２に蓄積される。クロスレンジ圧縮手段１３は、レンジ圧縮された複数の受信信号をメモリ１２から読み出し、図１１に示すように、これらの受信信号を２次元に配列させ、レンジ方向に式（２）による間隔ΔＲのセル毎に、複数のパルス信号の受信信号に対して、図１０（ｃ），（ｄ）に示すように時間とともに周波数の変化する信号で畳込み演算を行う。これにより受信信号はクロスレンジ方向に圧縮されて、目標の画像の信号が生成される。
【００３０】そして周波数変換手段１４は、図３に示すようにクロスレンジ圧縮手段１３により得られた目標画像のクロスレンジ方向の各成分ｐn （ｎ＝１，・・・，Ｎ）についてのレンジ方向のデータ列ｑ1 ，・・・，ｑM に対して高速フーリエ変換を実行して周波数データｒ1 ，・・・，ｒM を生成し、周波数データ分割手段１５に供給する。
【００３１】周波数データ分割手段１５は、その周波数データｒm を、図４に示すように２組の相似な受信ベクトルｘ，ｙに分割し、それらを超解像処理手段１６の相関行列算出手段２１に供給する。相関行列算出手段２１は２組の相似な受信ベクトルｘ，ｙから式（３）に基づいてベクトルｚを再構成して、このベクトルｚに基づいて式（４）に示す相関行列Ｒを計算する。
【数１】

ここで、Ｔはベクトルの転置を表し、＊は複素共役を表わす。
【００３２】次に、移動平均算出手段２２は、相関行列算出手段２１により計算された相関行列に対して、式（５）に示すように行列Ｗi で移動平均処理を実行して平均相関行列Ｒavを計算する。
【数２】

ここで式（７）に示す行列ｗi は、第ｉ列から第（ｉ＋Ｌ−１）列までがＬ次の単位行列を構成するＬ×（Ｍ／２）次の行列であり、式（６）に示す行列Ｗiは行列ｗi に基づく２Ｌ×Ｍ次の行列である。
【００３３】次に固有値解析手段２３は、式（８）に示すように、平均相関行列Ｒavの固有値解析を実行する。すなわち、式（９）に示すように２Ｌ個の固有ベクトルｅm（ｍ＝１，２，３，・・・，２Ｌ）で構成される２Ｌ次の正方行列Ｅ、および式（１０）に示すように固有値λm を対角項とする２Ｌ次の対角行列Λが計算される。
ＲavＥ＝ＥΛ （８）
Ｅ＝［ｅ1 ，ｅ2 ，・・・，ｅ2L］ （９）
Λ＝ｄｉａｇ［λ1 ，λ2 ，・・・，λ2L］ （１０）
【００３４】なお、このとき計算される２Ｌ個の固有値λm （ｍ＝１，２，３，・・・，２Ｌ）に対して式（１１）に示す関係が成り立つ。
λ1 ＞λ2 ＞・・・＞λk ＞λk+1 ＝λk+2 ＝・・・＝λ2L （１１）
【００３５】そして固有値解析手段２３は、これらの固有値に基づいて、最小固有値λmin（＝λk+1 ＝λk+2 ＝・・・＝λ2L）より大きい固有値の数Ｋを目標散乱点の数Ｋと推定する。また、固有値解析手段２３は降べきに並べた固有値に対応した固有ベクトルによって構成される行列Ｅを、式（１２）に示すように信号部分空間行列Ｅs とノイズ部分空間行列Ｅn とに分割する。さらに、固有値解析手段２３は、式（１３）に示すように信号部分空間行列Ｅs から２つのＬ×Ｋ次の行列Ｅx ，Ｅy を生成する。
【数３】

【００３６】このとき、信号部分空間行列Ｅs は、式（１４）に示すモードベクトルａ（ｒk ）、式（１５）に示すＬ×Ｋ次の行列Ａ、Ｋ次の正則行列ＴおよびＫ次の位相回転行列Φを用いて、式（１６）に示すように表わされる。
【数４】

ここで、ｒk は目標散乱点のレンジであり、Ｆ0 はパルス信号の搬送波周波数の中心値をｆc としたときに式（１７）で与えられる搬送波周波数の初期値であり、ΔＦは目標の画像のレンジ方向のセル数をＭとしたときに式（１８）で与えられるステップ値であり、Ｔはベクトルの転置を表わす。
【００３７】次にＴＬＳ処理手段２４は、式（１３）および式（１６）から得られる式（１９）および式（２０）に基づいて行列Ψをまず計算し、その行列Ψの固有値解析を実行してその固有値のうち降べきに最初のＫ個を位相回転行列Φの対角成分φ（ｋ）（ｋ＝１，２，・・・，Ｋ）と推定する。
Ｅy ＝Ｅx Ψ （１９）
Ψ＝Ｔ-1ΦＴ （２０）
【００３８】レンジ推定手段２５は、ＴＬＳ処理手段２４により推定された位相回転行列の対角成分φ（ｋ）から式（２１）に従って目標散乱点のレンジｒk を計算し出力する。
【数５】

【００３９】一方、反射強度推定手段２６は、式（２２）で定義される行列Ａ1 、レンジ推定手段２５により推定された目標散乱点のレンジｒk 、移動平均算出手段２２により計算された平均相関行列Ｒav、固有値解析手段２３により計算された最小固有値λmin および２Ｌ次の単位行列Ｉから、式（２３）に従って行列Ｓを計算する。
【数６】

ここで、Ｈは複素共役転置を表わす。
【００４０】反射強度推定手段２６は、このＫ次の正方行列ＳのＫ個の対角項をＫ個の目標散乱点の反射強度と推定し、出力する。
【００４１】このようにして超解像処理手段１６は目標散乱点のレンジおよび反射強度を推定し、目標散乱点を検出する。
【００４２】以上のように、この実施の形態１によれば、受信した信号の各クロスレンジ成分をレンジ方向にフーリエ変換し、それにより得られた周波数データを２組の相似なベクトルに分割し、その２組の相似なベクトルを要素とする行列の相関行列を計算し、相関行列に対して移動平均処理を実行して平均相関行列を計算し、その平均相関行列の固有値および固有ベクトルを計算し、目標散乱点と同数の固有ベクトルで構成される信号部分空間行列を生成し、２組の相似なベクトルの間の位相回転行列を計算し、位相回転行列の対角成分に基づいて目標散乱点のレンジを推定し、レンジの推定値および平均相関行列の最小固有値に基づいて目標散乱点の反射強度を推定するようにしたので、相関行列の移動平均処理を実行して反射波間の相関を抑圧した上で目標散乱点のレンジおよび反射強度が推定され、パルスの搬送周波数変化量Δｆによって決まる分解能ΔＲ以上の解像度で目標散乱点を検出することができるという効果が得られる。
【００４３】実施の形態２．図５はこの発明の実施の形態２による合成開口レーダ装置における信号処理器８を示すブロック図である。図５において、３１は周波数変換手段１４により得られた周波数データを高速逆フーリエ変換して目標のレンジ方向のレンジプロフィールを生成する時間変換手段であり、４１は時間変換手段３１により得られたレンジプロフィールとレンジ推定手段２５により推定された目標散乱点のレンジおよび反射強度推定手段２６により推定された目標散乱点の反射強度とを比較して、レンジプロフィールを超えるレンジおよび反射強度を有する目標散乱点を削除する判定手段である。
【００４４】なお、図５におけるその他の構成要素については実施の形態１によるものと同様であるので、その説明を省略する。
【００４５】次に動作について説明する。図６は実施の形態２における判定手段４１の動作を説明する図である。時間変換手段３１は、周波数変換手段１４により得られた周波数データを逆フーリエ変換して例えば図６（ａ）に示す目標のレンジ方向のレンジプロフィールを生成し、判定手段４１に供給する。
【００４６】また、レンジ推定手段２５により推定された目標散乱点のレンジと反射強度推定手段２６により推定された目標散乱点の反射強度が判定手段４１に供給される。
【００４７】そして、判定手段４１は、時間変換手段３１からのレンジプロフィールと推定された目標散乱点のレンジおよび反射強度とを図６（ａ）に示すように比較して、レンジプロフィールを超えるレンジおよび反射強度の推定値を有する目標散乱点（図６（ａ）では目標散乱点＃１）を削除し、残りの目標散乱点（図６（ｂ）の目標散乱点＃２）のレンジおよび反射強度を出力する。
【００４８】なお、その他の動作については実施の形態１によるものと同様であるので、その説明を省略する。
【００４９】以上のように、この実施の形態２によれば、周波数データを逆フーリエ変換して目標のレンジ方向のレンジプロフィールを生成し、推定した目標散乱点のレンジおよび反射強度とそのレンジプロフィールとを比較して、レンジプロフィールを超えるレンジおよび反射強度を有する目標散乱点を削除するようにしたので、目標散乱点の検出精度をより向上することができるという効果が得られる。
【００５０】実施の形態３．図７はこの発明の実施の形態３による合成開口レーダ装置における信号処理器８を示すブロック図である。図７において、２３ａは、固有値解析手段２３と同様にして固有値解析を実行し、判定手段４１ａからの最小固有値変更指令に基づいて平均相関行列の最小固有値をより大きい固有値に変更する固有値解析手段であり、４１ａは時間変換手段３１により得られたレンジプロフィールと、レンジ推定手段２５により推定されたレンジおよび反射強度推定手段２６により推定された目標散乱点の反射強度とを比較して、レンジプロフィールを超えるレンジおよび反射強度を有する目標散乱点が存在するか否かを判定し、レンジプロフィールを超えるレンジおよび反射強度を有する目標散乱点が存在する場合に最小固有値変更指令を固有値解析手段２３ａに供給する判定手段である。
【００５１】なお、図７におけるその他の構成要素については実施の形態２によるものと同様であるので、その説明を省略する。
【００５２】次に動作について説明する。図８は実施の形態３における超解像処理手段１６の動作を説明するフローチャートである。
【００５３】まず、ステップＳＴ１において、実施の形態２と同様にして各目標散乱点のレンジおよび反射強度が推定される。
【００５４】次にステップＳＴ２において、判定手段４１ａは、推定された目標散乱点のレンジおよび反射強度と時間変換手段３１により得られたレンジプロフィールとを比較して、レンジプロフィールを超えるレンジおよび反射強度を有する目標散乱点が存在するか否かを判定し、レンジプロフィールを超えるレンジおよび反射強度を有する目標散乱点が存在する場合には、ステップＳＴ３において、最小固有値変更指令を固有値解析手段２３ａに供給する。
【００５５】固有値解析手段２３ａは、最小固有値変更指令を供給されると、平均相関行列の最小固有値を元の最小固有値より１つだけ大きい固有値に変更するとともに、最小固有値λmin より大きい固有値の数Ｋを１だけ少なくして信号部分空間行列Ｅs を生成する。
【００５６】そしてステップＳＴ１に戻り、レンジ推定手段２５は、変更後の最小固有値に基づいて生成された信号部分空間行列Ｅs から目標散乱点のレンジを推定し、反射強度推定手段２６は、変更後の最小固有値に基づいて目標散乱点の反射強度を推定する。
【００５７】そしてステップＳＴ２において再度、判定手段４１ａによりレンジプロフィールを超えるレンジおよび反射強度を有する目標散乱点が存在するか否かが判定される。以下、レンジプロフィールを超えるレンジおよび反射強度を有する目標散乱点がなくなるまで、上述の処理が繰り返し実行される。
【００５８】なお、その他の動作については実施の形態２によるものと同様であるので、その説明を省略する。
【００５９】以上のように、この実施の形態３によれば、レンジプロフィールを超えるレンジおよび反射強度を有する目標散乱点が存在するか否かを判定し、レンジプロフィールを超えるレンジおよび反射強度を有する目標散乱点が存在すると判定された場合に平均相関行列の最小固有値を元の最小固有値より大きい固有値に変更し、変更後の最小固有値に基づいて目標散乱点のレンジおよび反射強度を再度推定するようにしたので、目標散乱点数の推定精度をより向上することができるという効果が得られる。
【００６０】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、各クロスレンジ成分についてのレンジ方向のデータ列をフーリエ変換する周波数変換手段と、周波数変換手段により得られた周波数データを２組の相似なベクトルに分割する周波数データ分割手段と、超解像処理を実行して２組の相似なベクトルから目標散乱点のレンジおよび反射強度を計算する超解像処理手段とを備えるように構成したので、相関行列の移動平均処理を実行して反射波間の相関を抑圧した上で目標散乱点のレンジおよび反射強度が推定され、パルスの搬送周波数変化量Δｆによって決まる分解能ΔＲ以上の解像度で目標散乱点を検出することができるという効果がある。
【００６１】この発明によれば、２組の相似なベクトルの相関行列を計算する相関行列算出手段と、相関行列に対して移動平均処理を実行して平均相関行列を計算する移動平均手段と、その平均相関行列の固有値および固有ベクトルを計算し、目標散乱点と同数の固有ベクトルで構成される信号部分空間行列を生成する固有値解析手段と、信号部分空間行列に基づいて２組の相似なベクトルの間の位相回転行列を計算する位相回転行列計算手段と、位相回転行列の対角成分に基づいて目標散乱点のレンジを推定するレンジ推定手段と、レンジの推定値および平均相関行列の最小固有値に基づいて目標散乱点の反射強度を推定する反射強度推定手段とを超解像処理手段に有するように構成したので、高い精度で目標散乱点を検出することができるという効果がある。
【００６２】この発明によれば、周波数変換手段により得られた周波数データを逆フーリエ変換して目標のレンジ方向のレンジプロフィールを生成する時間変換手段と、レンジ推定手段により推定された目標散乱点のレンジおよび反射強度推定手段により推定された目標散乱点の反射強度とそのレンジプロフィールとを比較して、レンジプロフィールを超えるレンジおよび反射強度を有する目標散乱点を削除する判定手段を備えるように構成したので、目標散乱点の検出精度をより向上することができるという効果がある。
【００６３】この発明によれば、周波数変換手段により得られた周波数データを逆フーリエ変換して目標のレンジ方向のレンジプロフィールを生成する時間変換手段と、レンジ推定手段により推定された目標散乱点のレンジおよび反射強度推定手段により推定された目標散乱点の反射強度と時間変換手段により得られたレンジプロフィールとを比較して、レンジプロフィールを超えるレンジおよび反射強度を有する目標散乱点が存在するか否かを判定する判定手段を備え、判定手段によりレンジプロフィールを超えるレンジおよび反射強度を有する目標散乱点が存在すると判定された場合に、固有値解析手段が平均相関行列の最小固有値を元の最小固有値より大きい固有値に変更し、レンジ推定手段および反射強度推定手段が変更後の最小固有値に基づいて目標散乱点のレンジおよび反射強度を推定するように構成したので、目標散乱点数の推定精度をより向上することができるという効果がある。
【００６４】この発明によれば、各クロスレンジ成分についてのレンジ方向のデータ列をフーリエ変換するステップと、周波数変換手段により得られた周波数データを２組の相似なベクトルに分割するステップと、２組の相似なベクトルの相関行列を計算するステップと、相関行列に対して移動平均処理を実行して平均相関行列を計算するステップと、その平均相関行列の固有値および固有ベクトルを計算するステップと、目標散乱点と同数の固有ベクトルで構成される信号部分空間行列を生成するステップと、信号部分空間行列に基づいて２組の相似なベクトルの間の位相回転行列を計算するステップと、位相回転行列の対角成分に基づいて目標散乱点のレンジを推定するステップと、レンジの推定値および平均相関行列の最小固有値に基づいて目標散乱点の反射強度を推定するステップとを備えるように構成したので、相関行列の移動平均処理を実行して反射波間の相関を抑圧した上で目標散乱点のレンジおよび反射強度が推定されるため、パルスの搬送周波数変化量Δｆによって決まる分解能ΔＲ以上の解像度で目標散乱点を検出することができるという効果がある。
【００６５】この発明によれば、周波数データを逆フーリエ変換して目標のレンジ方向のレンジプロフィールを生成するステップと、推定した目標散乱点のレンジおよび反射強度とレンジプロフィールとを比較して、レンジプロフィールを超えるレンジおよび反射強度を有する目標散乱点を削除するステップとを備えるように構成したので、目標散乱点の検出精度をより向上することができるという効果がある。
【００６６】この発明によれば、周波数データを逆フーリエ変換して目標のレンジ方向のレンジプロフィールを生成するステップと、推定した目標散乱点のレンジおよび反射強度とレンジプロフィールと比較して、レンジプロフィールを超えるレンジおよび反射強度を有する目標散乱点が存在するか否かを判定するステップと、レンジプロフィールを超えるレンジおよび反射強度を有する目標散乱点が存在すると判定された場合に、平均相関行列の最小固有値を元の最小固有値より大きい固有値に変更するステップと、変更後の最小固有値に基づいて目標散乱点のレンジを推定するステップと、変更後の最小固有値に基づいて目標散乱点の反射強度を推定するステップとを備えるように構成したので、目標散乱点数の推定精度をより向上することができるという効果がある。
【出願人】 【識別番号】０００００６０１３
【氏名又は名称】三菱電機株式会社
【出願日】 平成１２年１月１２日（２０００．１．１２）
【代理人】 【識別番号】１０００６６４７４
【弁理士】
【氏名又は名称】田澤 博昭 （外１名）
【公開番号】 特開２００１−１９４４５４（Ｐ２００１−１９４４５４Ａ）
【公開日】 平成１３年７月１９日（２００１．７．１９）
【出願番号】 特願２０００−３９９２（Ｐ２０００−３９９２）