レーダ信号処理装置

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【発明の名称】	レーダ信号処理装置
【発明者】	【氏名】柴田千晶
【要約】	【課題】複数の目標がある場合でも画像化指示位置のみを抽出して高分解能画像を取得することができる信号処理装置を得る。【解決手段】１回目はデータ切り出し部で全てのデータを切り出し、レンジ加算部で分解能に合せてレンジ加算を行う。位相補償部は設定分解能および動揺データを用いて位相補償を行う。アジマス圧縮部は設定分解能および動揺データを用いて処理を行う。第２の表示部は検波部の出力データをｌｏｇ変換し表示する。第２の表示部で確認された目標について高分解能の画像化指示を行い、目標位置、分解能をパラメータ演算部に出力する。パラメータ演算部は目標位置、分解能、動揺データ、目標検出部の出力である目標サイズからレンジビン数、パルス数等のパラメータを演算する。

【特許請求の範囲】
【請求項１】飛しょう体に搭載される合成開口レーダのレーダ信号処理装置において、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た受信データについてパルス圧縮を行うレンジ圧縮部、このレンジ圧縮部の出力データをバッファするメモリ部、このメモリ部のデータについてデータを切り出すデータ切り出し部、このデータ切り出し部の出力についてレンジ加算を行うレンジ加算部、このレンジ加算部の出力データについて機体の動揺データを使用して位相補償を行う位相補償部、この位相補償部の出力データと上記動揺データにてアジマス圧縮を行うアジマス圧縮部、このアジマス圧縮部の出力データについて２乗検波を行う検波部、この検波部の出力である電力データについて目標位置および目標サイズを求める目標検出部、この目標検出部の出力である目標位置および目標サイズと上記動揺データを使用して信号処理用パラメータを演算するパラメータ演算部とを具備したことを特徴とするレーダ信号処理装置。
【請求項２】上記検波部の出力データについて、はじめに低分解能にて処理した画像データを表示し、次に目標について高分解能の画像データを表示する表示部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装置。
【請求項３】上記検波部の出力データを表示し、画像化位置および分解能を設定する第２の表示部、この第２の表示部の出力データと上記目標検出部の出力データと上記動揺データから信号処理用パラメータを求める第２のパラメータ演算部と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装置。
【請求項４】上記検波部の出力を表示し、オペレータが観測位置を入力する第２の表示部、この表示部の出力データと上記動揺データと上記目標検出部の出力からパラメータを求める第２のパラメータ演算部、この第２のパラメータの出力を用いて観測位置にビームがあたるように飛行経路を制御する飛行制御部、上記表示部の出力である観測位置にビームの中心がくるようにアンテナを制御するアンテナ制御部、上記表示部の出力である観測位置にゲートを変更するゲート制御部と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装置。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、航空機等の飛しょう体に搭載される合成開口レーダのレーダ信号処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図７は、例えばＭｅｒｒｉｌｌＳｋｏｌｎｉｋ著ＲａｄａｒＨａｎｄｂｏｏｋに示された従来の合成開口レーダ処理装置の構成ブロック図である。図７において１は受信データ、２は信号処理部、３はレンジ圧縮部、４はメモリ部、５は位相補償部、６は動揺データ、７はアジマス圧縮部、８は検波部、９は表示部である。
【０００３】次に動作について説明する。受信データ１は合成開口レーダから観測領域へパルス変調がかかった信号が送信され、その観測領域から反射された反射波である。この受信データ１をレンジ圧縮部３にて圧縮することによりレンジ方向の高分解能化を行う。そしてメモリ部４にて合成開口時間分のパルスデータを蓄える。パルス数は数１で求められる。
【０００４】
【数１】

【０００５】数１ではアンテナビームを目標に向けてスタビライズすることによりアジマス分解能の向上を図る方式を考える。数１においてθは合成開口角、λは波長、Δｒは分解能、ψはスクイント角、Ｒは自機から目標までの距離、ｒは合成開口長、Ｖは自機速度、ＰＲＩはパルス繰り返し間隔である。これらのジオメトリを図８に示す。図８においてＡは自機位置、Ｂは目標画像化エリアである。
【０００６】次に位相補償部５にて機体の動揺を表す速度、ｘ、ｙ、ｚ位置等の時々刻々と変化する動揺データ６を使用してフライトパスからの位相ずれを補償する位相補償を行い、アジマス圧縮部７では動揺データ６を使用してフライトパスからの距離ずれの補償を行うと共にアジマス方向の圧縮を行う。そして検波部８にて２乗検波を行い、表示部１２ではｌｏｇ変換を行って２次元画像を表示する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従来のレーダ信号処理装置は、以上のように構成されているので、分解能の高い画像を得る場合にはデータ処理量が大きくなるという問題があった。
【０００８】また、分解能の高い画像を得る場合には処理時間が長くなるという問題があった。
【０００９】また、分解能の高い画像を得る場合には合成開口時間が長いため目標に電波を照射し続けられないという問題点があった。
【００１０】この発明は上記のような課題を解消するためになされたもので、低分解能画像で目標を検出し、次に、目標の存在エリアのみ高分解能の画像再生処理を行うことにより広域を高分解能で処理するよりデータ処理量を減らすレーダ信号処理装置を得ることを目的とする。
【００１１】また、この発明は、低分解能で信号処理を行って表示を行い、次に、目標の存在エリアのみ高分解能で信号処理を行うことにより短時間で必要な目標情報が高分解能画像で得られるレーダ信号処理装置を得ることを目的とする。
【００１２】さらに、この発明は、低分解能で信号処理を行って表示し、次に、必要な分解能と目標の位置情報から飛行経路の制御、アンテナの制御、ゲートの制御を行って目標に電波を照射し続けてデータを取得し、画像化が可能なレーダ信号処理装置を得ることを目的とする。
【００１３】
【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装置は、通常の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た受信データをパルス圧縮を行うレンジ圧縮部、このレンジ圧縮部の出力データをバッファするメモリ部、レンジ加算部の出力データについて機体の動揺データを使用して位相補償を行う位相補償部、この位相補償部の出力データと上記動揺データにてアジマス圧縮を行うアジマス圧縮部、このアジマス圧縮部の出力データについて２乗検波を行う検波部に、上記メモリ部のデータについてデータを切り出すデータ切り出し部、このデータ切り出し部の出力についてレンジ加算を行うレンジ加算部、上記検波部の出力である電力データについて目標位置および目標サイズを求める目標検出部、この目標検出部の出力である目標位置および目標サイズと上記動揺データを使用して信号処理用パラメータを演算するパラメータ演算部とを設けたものである。
【００１４】また、第２の発明によるレーダ信号処理装置は、通常のレンジ圧縮部、メモリ部、位相補償部、アジマス圧縮部、検波部、この検波部の出力データについてはじめに低分解能にて処理した画像データを表示し、次に目標について高分解能の画像データを表示する表示部に、上記データ切り出し部、上記レンジ加算部、上記目標検出部、上記パラメータ演算部とを設けたものである。
【００１５】また、第３の発明によるレーダ信号処理装置は、通常のレンジ圧縮部、メモリ部、位相補償部、アジマス圧縮部、検波部に、上記データ切り出し部、上記レンジ加算部、上記目標検出部、上記検波部の出力データを表示し、画像化位置および分解能を設定する第２の表示部、この第２の表示部の出力データと上記目標検出部の出力データと上記動揺データから信号処理用パラメータを求める第２のパラメータ演算部とを設けたものである。
【００１６】また、第４の発明によるレーダ信号処理装置は、通常の空中線部、送受切替部、送信部、受信部、Ａ／Ｄ変換部、信号処理部に、上記目標検出部、オペレータが観測位置を入力する第２の表示部、この表示部の出力データと上記動揺データと上記目標検出部の出力からパラメータを求める第２のパラメータ演算部、この第２のパラメータの出力を用いて観測位置にビームがあたるように飛行経路を制御する飛行制御部、上記表示部の出力である観測位置にビームの中心がくるようにアンテナを制御するアンテナ制御部、上記表示部の出力である観測位置にゲートを変更するゲート制御部とを設けたものである。
【００１７】
【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を示す構成ブロック図であり、図において図７の従来例と同一構成の信号処理部２、レンジ圧縮部３、メモリ部４、位相補償部５、アジマス圧縮部６、検波部８については既に説明してあるのでここでは説明を省略する。１０は目標検出部、１１はパラメータ演算部、１２はデータ切り出し部、１３はレンジ加算部である。
【００１８】次に動作について説明する。まず、パラメータ演算部１１に目標を見つけるための広域処理用分解能Δｒ_wと目標を高分解能で処理するための目標用分解能Δｒ_tを設定する。１回目は数２に示すようにデータ切り出し部１２にてすべてのデータを切り出す。
【００１９】
【数２】

【００２０】数２においてＲは広域処理用分解能と目標用分解能の比、ｘ、ｙは画像の中心座標で１回目はｘ＝０，ｙ＝０とする。Ｄｉｎ（ｉ，ｊ）はデータ切り出し前のデータ、Ｄ（ｉ，ｊ）はデータ切り出し後のデータ、ｉはレンジビン番号、ｊはパルス番号を示す。Ｍはレンジビン数、Ｎはパルス数である。次に数３に示すようにレンジ加算部１３にて広域処理用分解能と目標用分解能に従ってレンジ加算を行う。
【００２１】
【数３】

【００２２】数３においてＲは広域処理用分解能と目標用分解能の比、Ｄ（ｉ，ｊ）はレンジ加算前のデータ、Ｄａｄｄ（ｉ，ｊ）はレンジ加算後のデータ、ｉはレンジビン番号、ｊはパルス番号を示す。位相補償部５から検波部８までは従来例と同じ処理を行う。目標検出部１０では最大値検出を行い、数４によりデータを２値化する。
【００２３】
【数４】

【００２４】ここでＣｉ，ｊはｉレンジビン、ｊパルスの電力値データ、Ｓはスレッショルドである。図２に示すようにレンジサイズｘ、アジマスサイズｙを決め、画像中心位置ｃを決定する。これらと目標用分解能を使用してパラメータ演算部１１にて信号処理用パラメータを計算する。例えばパルス数については数１を用いてΔｒをΔｒ_tとして再計算を行って求める。そして目標エリアについての信号処理を行う。リソースは１回目と同じものを使用する。データ切り出し部１２にて数２に従い、レンジの切り出しを行う。数５に示すように位相補償部５にて機体の動揺を表す位置等の時々刻々と変化する動揺データ６を使用して画像中心位置ｃとフライトパスからの位相ずれ量Δφを補償する位相補償を行い、アジマス圧縮部７では動揺データ６を使用してフライトパスからの距離ずれ量の補償を行うと共にアジマス方向の圧縮を行う。
【００２５】
【数５】

【００２６】数５においてΔφは画像中心位置とフライトパスからのずれの位相、ｄＲは画像中心位置ｃと理想的なフライトパスからのずれ、ｄｒは自機位置と理想的なフライトパスからの距離ずれ量を示す。また、ｄＲ＋ｄｒが距離ずれ量である。そして検波器８では１回目と同じ処理を行う。こうして目標が存在する地点についてのみ高分解能の画像処理データが得られる。
【００２７】実施の形態２．図３はこの発明の実施の形態２を示す構成ブロック図であり、図において図６の従来例と同一構成のレンジ圧縮部３、メモリ部４、位相補償部５、アジマス圧縮部６、検波部８については既に説明してあるのでここでは説明を省略する。９は表示部、１０は目標検出部、１１はパラメータ演算部、１２はデータ切り出し部である。
【００２８】次に動作について説明する。まず、パラメータ演算部１１にて目標を見つけるための広域処理用分解能と目標を高分解能で処理するための目標分解能を設定する。１回目はデータ切り出し部１２にてすべてのデータを切り出し、レンジ加算部１３にて広域処理用分解能に従ってレンジ加算を行う。位相補償部５から検波部８は従来例と同じ処理を行う。表示部９では検波部８の出力データをｌｏｇ変換し表示する。データ処理量について考えてみると例えばアジマス圧縮部のデータ処理量は数６で表される。
【００２９】
【数６】

【００３０】ここでＣは複素乗算数、ＦはＦＦＴ数、Ｍは処理するレンジ数、Ｎは処理するパルス数である。データ処理量はレンジ数、パルス数にそれぞれ比例するが、数１に示すように分解能に反比例している。例えば広域処理用分解能が６４ｍ、目標処理用分解能が１ｍであった場合、同じ領域を処理した場合には広域処理は４０９６分の１の時間で処理し表示される。一方、目標検出部１０では最大値検出を行い、数２により２値化して目標の大きさを推定し、レンジサイズｘ、アジマスサイズｙから画像中心位置を決定する。レンジサイズｘ、画像中心位置ｃおよび目標用分解能によりパラメータ演算１１にて信号処理用パラメータを求め、２回目の信号処理を開始する。データ切り出し部１２にてレンジの切り出しを行う。パルス数については数１を用いて再計算を行って求める。位相補償部５では動揺データ６と画像中心位置ｃにより求めたレンジを使用して位相補償を行う。アジマス圧縮部７でも動揺データ６と画像中心位置ｃによりリファレンスを求めアジマス圧縮を行う。検波部８は１回目と同じ処理を行う。表示部９では目標が存在する地点についてのみ高分解能の画像データが表示される。例えば上記の分解能で１０ｋｍ²のエリアを観測していて目標の大きさが２００ｍ²の場合には一回で高分解能の画像データを表示するより約２００倍早く、詳細な目標情報を得ることができる。
【００３１】実施の形態３．図４はこの発明の実施の形態３を示す構成ブロック図であり、図において図７の従来例と同一構成のレンジ圧縮部３、メモリ部４、位相補償部５、アジマス圧縮部７、検波部８については既に説明してあるのでここでは説明を省略する。１０は目標検出部、１２はデータ切り出し部、１３はレンジ加算部、１４はパラメータ演算部、１５は第２の表示部である。
【００３２】次に動作について説明する。まず、第２のパラメータ演算部１４にて目標を見つけるための広域処理用分解能を設定する。１回目はデータ切り出し部１２にてすべてのデータを切り出し、レンジ加算部１３にて分解能にあわせてレンジ加算を行う。位相補償部５では上記設定分解能および動揺データ６を使用して位相補償を行う。アジマス圧縮部７では上記設定分解能および動揺データ６を使用して処理を行う。第２の表示部１５では検波部８の出力データをｌｏｇ変換し表示する。第２の表示部１５で確認された目標について高分解能の画像化指示を行い、目標位置、分解能をパラメータ演算部１４に出力する。パラメータ演算部１４では目標位置、分解能、動揺データ６、また目標検出部１０の出力である目標サイズからレンジビン数、パルス数等のパラメータを演算する。レンジビン数は数７により、パルス数は数１により演算する。
【００３３】
【数７】

【００３４】数７においてＭはレンジビン数、Ｓｘはレンジ方向目標サイズ、Δｒ_sはレンジサンプル間隔を示す。また、画像化指示の際、図５のように複数目標存在する場合など画像化位置を複数設定し、指示順、目標サイズの大きい順、レンジが近い順などの画像化優先項目をつける。パラメータ演算部１４にて優先項目に合わせてソートを行い、目標毎にパラメータを計算していく。２回目以降は指示された目標数分についてパラメータ演算部１４にて計算されたパラメータに従い信号処理を行う。これにより複数目標があっても目的に合わせて画像化順序を指定し、高分解能の画像を表示することができる。
【００３５】実施の形態４．図６はこの発明の実施の形態４を示す構成ブロック図であり、図において１６は空中線部、１７は送信部、１８は送受切替部、１９は受信部、６は動揺データ、２０はＡ／Ｄ変換部、２は信号処理部、１０は目標検出部、１５は第２の表示部、１４はパラメータ演算部、２１は飛行制御部、２２はアンテナ制御部、２３はゲート制御部である。
【００３６】次に動作について説明する。空中線部１６、送信部１７、送受切替部１８、受信部１９は従来のものである。送信部１７からの送信信号により送受切替部１８を経て空中線部１９より電波が放射される。また、空中線部１６で受信された電波が送受切替部１８を経てゲート制御部２３に従って受信部１９にて受信ゲートがかけられる。受信部１９の出力である受信信号はＡ／Ｄ変換部２０にてアナログ信号からディジタル信号に変換され、信号処理部２に入力され。信号処理部２、１０は目標検出部、第２の表示部１５、動揺データ６については既に説明したので省略する。
【００３７】第２のパラメータ演算部１４では第２の表示部１５の出力である目標位置、分解能、また動揺データ６からスクイント角を求める。ここでは簡略化して図８のように２次元に投影して考える。スクイント角とスレッショルド角度より数８に従ってフライト方向を制御する。
【００３８】
【数８】

【００３９】ここでψはスクイント角、ψ０はスレッショルド角度、Δθは現在のフライト方向から変更すべき角度である。飛行制御部２１は第２のパラメータ演算部１４の出力であるフライト方向に従って飛行を制御する。また第２のパラメータ演算部１４はビーム中心が目標中心と一致するアンテナ角度をアンテナ制御部へ出力し、目標がゲート内に入るようにゲート位置をゲート制御部へ出力する。このようにして合成開口時間の間目標に電波が照射し続けるようにする。
【００４０】
【発明の効果】第１の発明によれば必要なエリアのみ高分解能で処理するのでデータ処理量を低減することができる。
【００４１】また、第２の発明によれば広域エリアを短時間で表示させ、目標のみを抽出して高分解能画像を表示することができ、広域エリア用に使用したデータも流用することができる。
【００４２】また、第３の発明によれば広域エリアを短時間で表示して目標を見つけだし、複数の目標がある場合でも画像化指示位置のみを抽出して高分解能画像を取得することができる。
【００４３】また、第４の発明によれば合成開口時間が長くてもデータ取得中にビームを照射し続けてデータを取得し、画像化することができる。

【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１４日（２０００．１．１４）
【代理人】	【識別番号】１００１０２４３９【弁理士】【氏名又は名称】宮田金雄（外１名）
【公開番号】	特開２００１－１９４４５５（Ｐ２００１－１９４４５５Ａ）
【公開日】	平成１３年７月１９日（２００１．７．１９）
【出願番号】	特願２０００－５６５４（Ｐ２０００－５６５４）