JP6165350B2 - レーダ動画作成装置および方法 - Google Patents

Description

この発明は、合成開口レーダ画像（以下、「ＳＡＲ画像」と称する）から動画用画像を作成するレーダ動画作成装置及びレーダ動画作成方法に関するものである。

以下の特許文献１には、レーダ装置によりスポットライトモードで観測された生データであるＲＡＷデータから、動画用画像を作成するレーダ動画作成装置が開示されている。
特許文献１では、レーダ装置によりスポットライトモードで観測されたＲＡＷデータを取得すると、そのＲＡＷデータの中から、複数の部分的なＲＡＷデータの分割を行い、各々の部分的なＲＡＷデータに対して画像再生処理を実施することで、複数の部分的なＳＡＲ画像を生成し、観測領域の変化を確認できる方法を従来技術として設定している。
これに対して、この特許文献１に記載されている発明では、複数の部分的なＲＡＷデータの抽出処理として、ＲＡＷデータの分割によってではなく、部分的なＲＡＷデータ間の重複を許容して、ＲＡＷデータを切り出すことによって行っている。このようなＲＡＷデータの切り出しを行って画像再生処理を実施して得られたＳＡＲ画像は滑らかに変化するので、より細かな目標の変化を確認することができる。

US7498968，“Synthetic aperture design for increased SAR Image rate”

従来のレーダ動画作成装置は以上のように構成されているので、移動するプラットフォーム上のレーダ装置からＲＡＷデータが与えられれば、動画用画像を作成することができる。しかし、レーダ装置からＲＡＷデータが与えられずに、ＳＡＲ画像が与えられても、そのＳＡＲ画像からの動画用画像の作成には対応できていなかった。したがって、通信量の削減を目的として、データ量が多いＲＡＷデータではなく、レーダ装置で取得したＲＡＷデータに対してプラットフォーム上で画像再生処理を行って得られたＳＡＲ画像をレーダ動画作成装置に送信し、そのＳＡＲ画像から動画用画像を作成したいという要求や、過去の生成済みのプロダクトであるＳＡＲ画像から動画用画像を作成したいという要求などに対処することができない課題があった。

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、ＳＡＲ画像から動画用画像を作成することができるレーダ動画作成装置及びレーダ動画作成方法を得ることを目的とする。

この発明に係るレーダ動画作成装置は、レーダ装置の観測データから生成された合成開口レーダ画像をドップラー周波数帯域の成分に変換する第１の変換部と、第１の変換部により変換されたドップラー周波数帯域の成分から、複数のサブ帯域の成分を切り出すバンド切り出し部と、バンド切り出し部により切り出された複数のサブ帯域の成分を時間領域の画像にそれぞれ変換する第２の変換部とを設け、画像再構成部が、レーダ装置によるビームの照射領域毎に、第２の変換部により変換された複数の時間領域の画像の中から、当該照射領域に対応する画素列をそれぞれ抽出し、それぞれ抽出した複数の画素列を集めて動画用画像を構成するようにしたものである。
また、画像再構成部によりビームの照射領域毎に構成された動画用画像を順番に再生する動画用画像再生部を備え、動画用画像再生部が、サブ帯域の成分の帯域幅から、隣り合っているサブ帯域の成分の観測時刻差を算出し、観測時刻差の逆数から動画用画像を再生する際のフレームレートを決定するようにしたものである。

この発明によれば、レーダ装置の観測データから生成された合成開口レーダ画像をドップラー周波数帯域の成分に変換する第１の変換部と、第１の変換部により変換されたドップラー周波数帯域の成分から、複数のサブ帯域の成分を切り出すバンド切り出し部と、バンド切り出し部により切り出された複数のサブ帯域の成分を時間領域の画像にそれぞれ変換する第２の変換部とを設け、画像再構成部が、レーダ装置によるビームの照射領域毎に、第２の変換部により変換された複数の時間領域の画像の中から、当該照射領域に対応する画素列をそれぞれ抽出し、それぞれ抽出した複数の画素列を集めて動画用画像を構成するようにしたので、合成開口レーダ画像から動画用画像を作成することができる効果がある。

この発明の実施の形態１によるレーダ動画作成装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態１によるレーダ動画作成装置の処理内容であるレーダ動画作成方法を示すフローチャートである。 ＳＡＲ画像から変換されたドップラー周波数帯域の成分及びレーダ装置のビームパターンを示す説明図である。 ドップラー周波数帯域の成分を複数のサブ帯域の成分に分割している様子を、ビームのスクイントのないストリップマップモードを例に示す説明図である。 図１のレーダ動画作成装置の処理内容の一部を示す説明図である。 この発明の実施の形態１によるレーダ動画作成装置の画像再構成部１６の処理内容を示す説明図である。 この発明の実施の形態１による他のレーダ動画作成装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態２によるレーダ動画作成装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態２によるレーダ動画作成装置の処理内容であるレーダ動画作成方法を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態２による他のレーダ動画作成装置を示す構成図である。 レーダ動画作成装置がコンピュータで構成される場合のハードウェア構成図である。

以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面にしたがって説明する。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるレーダ動画作成装置を示す構成図である。
図１において、レーダ装置１はストリップマップモード又はスライディングスポットライトモードで観測するレーダであり、例えば、ビームを地表面上のターゲットに照射したのち、そのターゲットからのエコーを受信し、そのエコーからＲＡＷデータ（観測データ）として、例えばＩＱデータを生成する。
レーダ動画作成装置２はレーダ装置１により生成されたＲＡＷデータに対する画像再生処理を実施して合成開口レーダ画像（以下、「ＳＡＲ画像」と称する）を生成し、そのＳＡＲ画像から動画用画像を作成して、その動画用画像を再生する装置である。

合成開口レーダ画像生成部１１はレーダ装置１により生成されたＲＡＷデータを取得し、そのＲＡＷデータに対する画像再生処理を実施してＳＡＲ画像を生成する処理を実施する。
なお、画像再生処理として、例えば、バックプロジェクションアルゴリズムなどが考えられるが、ＲＡＷデータからＳＡＲ画像を生成することができれば、どのようなアルゴリズムを用いるものであってもよい。

ＳＡＲ画像格納部１２は例えばＲＡＭやハードディスクなどの記憶装置から構成されており、合成開口レーダ画像生成部１１から出力されたＳＡＲ画像を格納する。
ここでは、レーダ装置１からＲＡＷデータが送信され、合成開口レーダ画像生成部１１によりＲＡＷデータから生成されたＳＡＲ画像がＳＡＲ画像格納部１２に格納される例を示しているが、レーダ装置１において、ＲＡＷデータからＳＡＲ画像が生成され、レーダ装置１からＳＡＲ画像が送信される場合には、そのＳＡＲ画像がＳＡＲ画像格納部１２に格納されるものであってもよい。あるいは、過去の生成済みのプロダクトであるＳＡＲ画像がＳＡＲ画像格納部１２に格納されるものであってもよい。

アジマスフーリエ変換部１３はＳＡＲ画像格納部１２に格納されているＳＡＲ画像をアジマス方向にフーリエ変換することで、そのＳＡＲ画像をドップラー周波数帯域の成分に変換する処理を実施する。なお、アジマスフーリエ変換部１３は第１の変換部を構成している。
バンド切り出し部１４はアジマスフーリエ変換部１３により変換されたドップラー周波数帯域の成分から、複数のサブ帯域の成分を切り出す処理を実施する。
アジマス逆フーリエ変換部１５はバンド切り出し部１４により切り出された複数のサブ帯域の成分をアジマス方向に逆フーリエ変換することで、複数のサブ帯域の成分を時間領域の画像にそれぞれ変換する処理を実施する。なお、アジマス逆フーリエ変換部１５は第２の変換部を構成している。

画像再構成部１６はレーダ装置１によるビームの照射領域毎に、アジマス逆フーリエ変換部１５により変換された複数の時間領域の画像の中から、当該照射領域に対応する画素列をそれぞれ抽出し、それぞれ抽出した複数の画素列を集めて動画用画像を構成する処理を実施する。
動画用画像格納部１７は例えばＲＡＭやハードディスクなどの記憶装置から構成されており、画像再構成部１６によりビームの照射領域毎に構成された動画用画像をそれぞれ格納する。
動画用画像再生部１８は動画用画像格納部１７に格納されている複数の動画用画像を順番に再生する処理を実施する。

図１の例では、レーダ動画作成装置２の構成要素である合成開口レーダ画像生成部１１、ＳＡＲ画像格納部１２、アジマスフーリエ変換部１３、バンド切り出し部１４、アジマス逆フーリエ変換部１５、画像再構成部１６、動画用画像格納部１７及び動画用画像再生部１８のそれぞれが専用のハードウェアで構成されているものを想定している。合成開口レーダ画像生成部１１、アジマスフーリエ変換部１３、バンド切り出し部１４、アジマス逆フーリエ変換部１５、画像再構成部１６及び動画用画像再生部１８のハードウェアとして、例えば、ＣＰＵを実装している半導体集積回路や、ワンチップマイコンなどが考えられる。
ただし、図１のレーダ動画作成装置２は、構成要素のそれぞれが専用のハードウェアで構成されているものに限るものではなく、レーダ動画作成装置２の全体がコンピュータで構成されているものであってもよい。

図１１はレーダ動画作成装置２がコンピュータで構成される場合のハードウェア構成図である。
図１のレーダ動画作成装置２がコンピュータで構成される場合、ＳＡＲ画像格納部１２及び動画用画像格納部１７をコンピュータのメモリ４１上に構成するとともに、合成開口レーダ画像生成部１１、アジマスフーリエ変換部１３、バンド切り出し部１４、アジマス逆フーリエ変換部１５、画像再構成部１６及び動画用画像再生部１８の処理内容を記述しているプログラムをメモリ４１に格納し、コンピュータのプロセッサ４２がメモリ４１に格納されているプログラムを実行するようにすればよい。
図２はこの発明の実施の形態１によるレーダ動画作成装置の処理内容であるレーダ動画作成方法を示すフローチャートである。

レーダ装置の観測モードとして、ストリップマップモード、スポットライトモード、スライディングスポットライトモードがある。ストリップマップモードは、飛行機などのプラットフォームに搭載されているレーダ装置から照射されるビームの方向が固定されており、プラットフォームの移動に伴ってビームの照射領域が移動する特徴があり、広域な観測範囲のＳＡＲ画像が得られる特徴がある。
これに対して、スポットライトモードは、ビームの照射領域の中心が常に観測領域の中心に一致するようにビームの方向の変えながら観測を行うことを特徴とする。常に同様の観測領域をビームで照射することになるので、得られるＳＡＲ画像の観測範囲は狭いものの、合成開口角をストリップマップモードより大きくできることから、アジマス方向に高分解能なＳＡＲ画像が得られる特徴がある。
スライディングスポットライトモードについて説明する。スポットライトモードでは、常にビームの照射領域の中心と観測領域の中心とを一致させるようにビームの方向を変えていたが、スライディングスポットライトモードでは、ビームが地中を透過すると仮定した場合に、ビームの照射領域の中心が常に地中のある一点をとらえるようにビームの方向の変えながら観測を行うことを特徴とする。その結果、ストリップマップモードよりも合成開口角を大きくしてアジマス分解能を改善して、スポットライトモードよりもビーム照射範囲を広げて広域な画像を得ることが可能になる。つまり、スライディングスポットライトモードは、ストリップマップモードとスポットライトモードに対して中間的な性能を有する観測モードである。
この実施の形態１では、レーダ装置１の観測モードがストリップマップモード又はスライディングスポットライトモードである例を説明する。

次に動作について説明する。
図１のレーダ動画作成装置の処理内容を具体的に説明する前に、処理のバックグラウンドについて説明する。
図３はＳＡＲ画像から変換されたドップラー周波数帯域の成分及びレーダ装置１のビームパターンを示す説明図である。
ドップラー周波数帯域の成分１００と、レーダ装置１のビームパターン１０３とは対応付けが存在しており、図３に示すように、ビームパターン１０３の前方向がドップラー周波数の高周波数成分に対応し、ビームパターン１０３の後ろ方向がドップラー周波数の低周波数成分に対応している。

図４はドップラー周波数帯域の成分とビームの照射方向の対応を説明するために、ドップラー周波数帯域の成分を複数のサブ帯域の成分に分割している様子を、ビームのスクイントのないストリップマップモードを例に示す説明図である。
ドップラー周波数帯域の成分１００が分割されたサブ帯域の成分１０１−１〜１０１−３を時間領域にそれぞれ変換すると、時間領域の画像であるサブ画像１０２−１〜１０２−３が得られる。
このとき、ドップラー周波数帯域の成分１００とビームパターン１０３の対応付けが存在しているため、サブ画像１０２−１は、ビームパターン１０３の分割パターンであるビームパターン１０３−１で照射されて得られた画像に対応し、サブ画像１０２−２は、ビームパターン１０３の分割パターンであるビームパターン１０３−２で照射されて得られた画像に対応する。
また、サブ画像１０２−３は、ビームパターン１０３の分割パターンであるビームパターン１０３−３で照射されて得られた画像に対応する。
ただし、ドップラー周波数帯域の成分１００では帯域幅がＢ^＋であったが、サブ帯域の成分１０１−１〜１０１−３では帯域幅Ｂになり、帯域幅が狭くなっている。このため、サブ画像１０２−１〜１０２−３は、ドップラー周波数帯域の成分１００の変換元のＳＡＲ画像より、アジマス分解能と信号対雑音電力比が劣化している点に注意が必要である。

次に図１のレーダ動画作成装置２の処理内容を具体的に説明する。
図５は図１のレーダ動画作成装置２の処理内容の一部を示す説明図であり、図６は画像再構成部１６の処理内容を示す説明図である。
レーダ装置１は、ストリップマップモード又はスライディングスポットライトモードで観測し、その観測データであるＲＡＷデータをレーダ動画作成装置２に送信する。

レーダ動画作成装置２の合成開口レーダ画像生成部１１は、レーダ装置１からＲＡＷデータを受信すると、そのＲＡＷデータに対する画像再生処理を実施してＳＡＲ画像２１を生成する（図２のステップＳＴ１）。

ここでは、合成開口レーダ画像生成部１１により生成されたＳＡＲ画像２１がＳＡＲ画像格納部１２に格納される例を示しているが、上述したように、レーダ装置１において、ＲＡＷデータからＳＡＲ画像２１が生成され、レーダ装置１からＳＡＲ画像が送信される場合には、そのＳＡＲ画像２１がＳＡＲ画像格納部１２に格納されるものであってもよい。あるいは、過去の生成済みのプロダクトであるＳＡＲ画像２１がＳＡＲ画像格納部１２に格納されるものであってもよい。

アジマスフーリエ変換部１３は、ＳＡＲ画像格納部１２に格納されているＳＡＲ画像２１をアジマス方向にフーリエ変換することで、図５に示すように、そのＳＡＲ画像２１をドップラー周波数帯域の成分２２に変換する（ステップＳＴ２）。
ドップラー周波数帯域の成分２２は、レンジビンの数分だけ存在しているが、図５では、説明の便宜上、アジマス方向の１次元だけに着目して、１レンジビン分のみを描画している。
フーリエ変換の方法として、例えば、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）や、ＤＦＴ（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）などを用いることができる。

バンド切り出し部１４は、アジマスフーリエ変換部１３がＳＡＲ画像２１をドップラー周波数帯域の成分２２に変換すると、そのドップラー周波数帯域の成分２２から、サブ帯域の成分２３−１〜２３−５を切り出す処理を実施する（ステップＳＴ３）。なお、画像再生の過程でドップラー周波数領域におけるパルス繰り返し周波数の帯域幅からＢ^＋の帯域幅を有するドップラー周波数帯域の成分２２を抽出していない場合には、パルス繰り返し周波数の帯域幅からＢ^＋の帯域幅を有するドップラー周波数帯域の成分２２を抽出してからサブ帯域の成分２３−１〜２３−５を切り出す処理を実施するものとする。
図５では、ドップラー周波数帯域の成分２２から、５個のサブ帯域の成分を切り出す例を示しており、具体的には、帯域幅がＢ^＋のドップラー周波数帯域の成分２２から、帯域幅Ｂ_ｄｉｆずつずらしながら、帯域幅がＢのサブ帯域の成分２３−１〜２３−５を切り出すようにしている。ここでは、５個のサブ帯域の成分を切り出す例を示しているが、４個以下又は６個以上のサブ帯域の成分を切り出すようにしてもよいことは言うまでもない。
また、図５のようにＢ＞Ｂ_ｄｉｆと設定して、隣のサブ帯域の成分と帯域の一部を重複させることにより、特許文献１と同様に画像の変化を滑らかに確認できる効果が得られる。しかし、必ずしも図５のようにＢ＞Ｂ_ｄｉｆと設定する必要はない。
サブ帯域の成分２３−１〜２３−５についても、ドップラー周波数帯域の成分２２と同様に、レンジビンの数分だけ存在しているが、図５では、説明の便宜上、アジマス方向の１次元だけに着目して、１レンジビン分のみを描画している。
また、動画に必要なアジマス分解能を達成するために必要な帯域幅Ｂを有するサブ帯域の成分２３−１〜２３−５を抽出しているので、サブ帯域から得られるサブ画像はアジマス方向のアップサンプルは行われていないものとする。

ここで、帯域幅Ｂにおける合成開口時間の概算値ΔＴは、下記の式（１）（２）に示すように、帯域幅Ｂから得られる合成開口角の概算値θから求めることができる。

ただし、λは波長、ｖはプラットフォームの速度、Ｒはスラントレンジ距離である。

また、サブ帯域の成分２３−１〜２３−５の間のずれ量である帯域幅Ｂ_ｄｉｆから、下記の式（３）（４）に示すように、その帯域幅Ｂ_ｄｉｆに対応するサブ帯域の成分２３−１〜２３−５間の観測時刻差の概算値ΔＴ_ｄｉｆを計算することができる。

なお、バンド切り出し部１４により切り出されるサブ帯域の成分２３−１〜２３−５の帯域幅Ｂが広いほど、動画像の画質に係るアジマス分解能と信号対雑音電力比を改善することができる。しかし、Ｂ＞Ｂ_ｄｉｆの場合、サブ帯域の成分２３−１〜２３−５の間で、共通する帯域が増大するため、動画を再生したときに、観測領域内の変化が分かり難くなるほか、アジマス方向へ移動している目標がアジマス方向に延びて観測されるなど、移動目標の視認性が劣化することがある。
したがって、動画像の画質と、動画像内の変化の視認性の両者を勘案して、サブ帯域の成分２３−１〜２３−５の帯域幅Ｂを設定する必要がある。

アジマス逆フーリエ変換部１５は、バンド切り出し部１４がドップラー周波数帯域の成分２２から、サブ帯域の成分２３−１〜２３−５を切り出すと、サブ帯域の成分２３−１〜２３−５をアジマス方向に逆フーリエ変換することで、図５に示すように、サブ帯域の成分２３−１〜２３−５を時間領域の画像であるサブ画像２４−１〜２４−５にそれぞれ変換する（ステップＳＴ４）。
サブ画像２４−１〜２４−５は、観測時刻がおおよそΔＴ_ｄｉｆずつずれた画像になっており、サブ画像２４−１〜２４−５のドップラー帯域幅はＢである。
逆フーリエ変換の方法として、例えば、ＩＦＦＴ（Ｉｎｖｅｒｓｅｒ Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）や、ＩＤＦＴ（Ｉｎｖｅｒｓｅ Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）などを用いることができる。

サブ画像２４−ｋ（ｋ＝１，２，・・・，５）は、ＳＡＲ画像２１と比較して、アジマス方向のサンプル点数がＢ／Ｂ^＋倍に減少し、アジマス方向のピクセルスペーシングがＢ^＋／Ｂ倍に増大している。ピクセルスペーシングは１画素当りの長さに相当する。
このため、アジマス方向のサンプル点数と、アジマス方向のピクセルスペーシングとを乗算した値が、ＳＡＲ画像２１とサブ画像２４−ｋは同一になり、ＳＡＲ画像２１とサブ画像２４−ｋの観測領域が一致する。したがって、サブ画像２４−１〜２４−５の観測領域も一致する。
しかし、画像再生後に、アジマス方向において合成開口長の半分の長さに相当する両端の領域を削除せず、ＳＡＲ画像２１の両端にアジマス分解能が劣化した領域が残存している場合には、サブ画像２４−ｋ内にビームが照射されていない領域が現れるようになる。したがって、ＳＡＲ画像２１の両端にアジマス分解能が劣化した領域が残存している場合、ビームの照射されていない領域であるために目標を確認できないという意味で、ＳＡＲ画像２１とサブ画像２４−ｋの観測される領域が一致していない点には注意が必要である。

ここでは、アジマス逆フーリエ変換部１５がサブ画像２４−１〜２４−５を得ているが、サブ画像２４−１〜２４−５の視認性の改善と、動画化する際の画素数の削減を目的として、サブ画像２４−ｋ毎に、当該サブ画像２４−ｋを構成している画素の電力値を移動平均した後に、振幅の次元に戻してから間引き処理を行うという高画質化を実現する処理や、データ点数を削減する処理を追加するようにしてもよい。

アジマス逆フーリエ変換部１５により得られたサブ画像２４−１〜２４−５は、図４に示すように、レーダ装置１のビームの照射方向毎に、信号成分を分別して得られた画像であり、おおよそΔＴ_ｄｉｆずつ観測時間がずれている。
サブ画像２４−ｋ（ｋ＝１，２，・・・，５）のアジマス方向のピクセルスペーシングΔａは、間引き処理を行っていない場合、下記の式（５）のように表される。

サブ画像２４−ｋに対する間引き処理を実施して、アジマス方向のデータ点数を１／Ｚ倍にした場合には、式（５）のΔａにＺを乗算した値が、アジマス方向のピクセルスペーシングになる。

画像再構成部１６は、図６に示すように、レーダ装置１によるビームの照射領域＃ｌ（＃ｌ＝＃１，＃２，・・・，＃Ｌ）毎に、アジマス逆フーリエ変換部１５により変換されたサブ画像２４−１〜２４−５の中から、当該照射領域＃ｌに対応する画素列をそれぞれ抽出し、それぞれ抽出した複数の画素列を集めて動画用画像２５−ｌ（ｌ＝１，２，・・・，Ｌ）を構成する（ステップＳＴ５）。
以下、画像再構成部１６による動画用画像２５−ｌ（ｌ＝１，２，・・・，Ｌ）の構成処理を具体的に説明する。

例えば、ｌ＝１の場合、サブ画像２４−１からアジマス方向のＸ（ｌ−１）＋１〜Ｘ（ｌ−１）＋Ｘ［ｐｉｘ］の画素列を抽出する。
ここで、Ｘ＝ｆｌｏｏｒ（ｖ×ΔＴ_ｄｉｆ／Δａ）である。
ｆｌｏｏｒ（）は、ｖ×ΔＴ_ｄｉｆ／Δａの整数部分を抽出することを示す演算記号である。
次に、サブ画像２４−２からアジマス方向のＸ（ｌ−１）＋Ｘ＋１〜Ｘ（ｌ−１）＋２Ｘ［ｐｉｘ］の画素列を抽出する。
同様に、サブ画像２４−ｋ（ｋ＝３，４，５）からアジマス方向のＸ（ｌ−１）＋（ｋ−１）Ｘ＋１〜Ｘ（ｌ−１）＋ｋＸ［ｐｉｘ］の画素列を抽出する。
画像再構成部１６は、サブ画像２４−１〜２４−５の中から、照射領域＃ｌ＝１の画素列をそれぞれ抽出すると、図６に示すように、それらの画素列を集めることで動画用画像２５−１を構成する。動画用画像２５−１は、レーダ装置１がΔＴ秒に相当する合成開口時間のビーム照射を実施して、画像再生処理を行うことで得られる画像を疑似的に再現している画像である。

画像再構成部１６は、ｌ＝２，・・・，Ｌの場合も、ｌ＝１の場合と同様に、サブ画像２４−１〜２４−５の中から、照射領域＃ｌの画素列をそれぞれ抽出し、それらの画素列を集めることで動画用画像２５−ｌ（ｌ＝２，３，・・・，Ｌ）を構成する。
画像再構成部１６は、動画用画像２５−１〜２５−Ｌを構成すると、その動画用画像２５−１〜２５−Ｌを動画用画像格納部１７に格納する。

動画用画像再生部１８は、動画用画像格納部１７から動画用画像２５−１〜２５−Ｌを読み出し、動画用画像２５−１→２５−２→２５−３→・・・→２５−Ｌの順番で、動画用画像２５−１〜２５−Ｌを再生する（ステップＳＴ６）。
これにより、レーダ装置１を搭載しているプラットフォームの移動に伴って、刻々と観測領域が移り変わっている状況が再現される。このため、移動目標の動きや海面の潮流といった変化を確認することができる。

なお、動画用画像再生部１８は、サブ帯域の成分２３−１〜２３−５の間に、観測時刻差として、おおよそΔＴ_ｄｉｆが生じているので、動画用画像２５−１〜２５−Ｌを再生する際、上記の式（３）（４）より、観測時刻差の概算値ΔＴ_ｄｉｆを算出し、その観測時刻差の概算値ΔＴ_ｄｉｆの逆数から動画用画像２５−１〜２５−Ｌを再生する際のフレームレートを決定するようにする。例えば、動画用画像２５−１〜２５−Ｌを再生する際のフレームレートを観測時刻差の概算値ΔＴ_ｄｉｆの逆数に一致させるようにする。
これにより、動画像における移動目標の実速度を確認することができるようになる。このように、フレームレートを基準にＢ_ｄｉｆを設定することで、任意の再生速度で動画を確認できる。

以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、ＳＡＲ画像格納部１２に格納されているＳＡＲ画像２１をアジマス方向にフーリエ変換することで、そのＳＡＲ画像２１をドップラー周波数帯域の成分２２に変換するアジマスフーリエ変換部１３と、アジマスフーリエ変換部１３により変換されたドップラー周波数帯域の成分２２から、サブ帯域の成分２３−１〜２３−５を切り出すバンド切り出し部１４と、バンド切り出し部１４により切り出されたサブ帯域の成分２３−１〜２３−５をアジマス方向に逆フーリエ変換することで、サブ帯域の成分２３−１〜２３−５を時間領域の画像であるサブ画像２４−１〜２４−５にそれぞれ変換するアジマス逆フーリエ変換部１５とを設け、画像再構成部１６が、レーダ装置１によるビームの照射領域＃ｌ（＃ｌ＝＃１，＃２，・・・，＃Ｌ）毎に、アジマス逆フーリエ変換部１５により変換されたサブ画像２４−１〜２４−５の中から、当該照射領域＃ｌに対応する画素列をそれぞれ抽出し、それぞれ抽出した複数の画素列を集めて動画用画像２５−ｌ（ｌ＝１，２，・・・，Ｌ）を構成するようにしたので、ＳＡＲ画像２１から動画用画像２５−１〜２５−Ｌを作成することができる効果を奏する。
したがって、通信量の削減を目的として、データ量が多いＲＡＷデータをレーダ動画作成装置２に送信するのではなく、プラットフォーム３上でレーダ装置１により取得されたＲＡＷデータからＳＡＲ画像２１を生成して、そのＳＡＲ画像２１をレーダ動画作成装置２に送信し、そのＳＡＲ画像２１から動画用画像２５−１〜２５−Ｌを作成したいという要求や、過去の生成済みのプロダクトであるＳＡＲ画像２１から動画用画像２５−１〜２５−Ｌを作成したいという要求などに対処することができるようになる。
ここで、図７はレーダ装置１を実装しているプラットフォーム３がＳＡＲ画像２１を送信する場合のレーダ動画作成装置２を示す構成図であり、図７の構成では、合成開口レーダ画像生成部１１がプラットフォーム３に実装されている。

図１の例では、レーダ装置１からＲＡＷデータが送信された場合でも対処できるようにするために、合成開口レーダ画像生成部１１を実装しているが、レーダ装置１からＲＡＷデータが送信されることはなく、常に、ＳＡＲ画像２１から動画用画像２５−１〜２５−Ｌを作成するものに処理を限定する場合には、合成開口レーダ画像生成部１１を省略することができる。

また、ＳＡＲ画像格納部１２に格納されているＳＡＲ画像２１が、レーダ装置１によりストリップマップモード又はスライディングスポットライトモードで観測されたＲＡＷデータから生成されたものに対応しているため、ストリップマップモード又はスライディングスポットライトモードの観測モードで観測された場合の動画用画像の生成が可能になる効果を奏する。また、バイスタティック観測で得られたＳＡＲ画像２１にも対応することができる。

また、この実施の形態１において、Ｂ＞Ｂ_ｄｉｆと設定すれば、バンド切り出し部１４が、アジマスフーリエ変換部１３により変換されたドップラー周波数帯域の成分２２から、隣のサブ帯域の成分と帯域の一部が重複するように、サブ帯域の成分２３−１〜２３−５を切り出す構成となるので、滑らかに変化する動画用画像２５−１〜２５−Ｌを生成することができる効果を奏する。

実施の形態２．
上記実施の形態１では、ストリップマップモード又はスライディングスポットライトモードの観測モードに適用可能なレーダ動画作成装置２について示したが、この実施の形態２では、スポットライトモードの観測モードに適用可能なレーダ動画作成装置３２について説明する。

図８はこの発明の実施の形態２によるレーダ動画作成装置を示す構成図であり、図８において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
レーダ装置３１はスポットライトモードで観測するレーダであり、例えば、ビームを地表面上のターゲットに照射したのち、そのターゲットからのエコーを受信し、そのエコーからＲＡＷデータ（観測データ）として、例えばＩＱデータを生成する。
レーダ動画作成装置３２はレーダ装置３１により生成されたＲＡＷデータに対する画像再生処理を実施してＳＡＲ画像を生成し、そのＳＡＲ画像から動画用画像を作成して、その動画用画像を再生する装置である。
スポットライトモードの場合、レーダ装置３１の地表面に対するビームの照射領域が固定されているため、図１の画像再構成部１６が不要になっている。
合成開口レーダ画像生成部１９はレーダ装置３１により生成されたＲＡＷデータを取得し、そのＲＡＷデータに対する画像再生処理を実施してＳＡＲ画像を生成する処理を実施する。
なお、画像再生処理として、例えば、バックプロジェクションアルゴリズムなどが考えられるが、ＲＡＷデータからＳＡＲ画像を生成することができれば、どのようなアルゴリズムを用いるものであってもよい。

図８の例では、レーダ動画作成装置３２の構成要素である合成開口レーダ画像生成部１９、ＳＡＲ画像格納部１２、アジマスフーリエ変換部１３、バンド切り出し部１４、アジマス逆フーリエ変換部１５、動画用画像格納部１７及び動画用画像再生部１８のそれぞれが専用のハードウェアで構成されているものを想定している。合成開口レーダ画像生成部１９、アジマスフーリエ変換部１３、バンド切り出し部１４、アジマス逆フーリエ変換部１５及び動画用画像再生部１８のハードウェアとして、例えば、ＣＰＵを実装している半導体集積回路や、ワンチップマイコンなどが考えられる。
ただし、図８のレーダ動画作成装置３２は、構成要素のそれぞれが専用のハードウェアで構成されているものに限るものではなく、レーダ動画作成装置３２の全体がコンピュータで構成されているものであってもよい。

図８のレーダ動画作成装置３２がコンピュータで構成される場合、ＳＡＲ画像格納部１２及び動画用画像格納部１７を図１１に示すコンピュータのメモリ４１上に構成するとともに、合成開口レーダ画像生成部１９、アジマスフーリエ変換部１３、バンド切り出し部１４、アジマス逆フーリエ変換部１５及び動画用画像再生部１８の処理内容を記述しているプログラムをメモリ４１に格納し、コンピュータのプロセッサ４２がメモリ４１に格納されているプログラムを実行するようにすればよい。
図９はこの発明の実施の形態２によるレーダ動画作成装置の処理内容であるレーダ動画作成方法を示すフローチャートである。

次に動作について説明する。
レーダ装置３１は、スポットライトモードで観測し、その観測データであるＲＡＷデータをレーダ動画作成装置３２に送信する。

レーダ動画作成装置３２の合成開口レーダ画像生成部１９は、レーダ装置３１からＲＡＷデータを受信すると、そのＲＡＷデータに対する画像再生処理を実施してＳＡＲ画像２１を生成する（図９のステップＳＴ１１）。

ここでは、合成開口レーダ画像生成部１９により生成されたＳＡＲ画像２１がＳＡＲ画像格納部１２に格納される例を示しているが、レーダ装置３１において、ＲＡＷデータからＳＡＲ画像２１が生成され、レーダ装置３１からＳＡＲ画像２１が送信される場合には、そのＳＡＲ画像２１がＳＡＲ画像格納部１２に格納されるものであってもよい。あるいは、過去の生成済みのプロダクトであるＳＡＲ画像２１がＳＡＲ画像格納部１２に格納されるものであってもよい。

アジマスフーリエ変換部１３は、上記実施の形態１と同様に、ＳＡＲ画像格納部１２に格納されているＳＡＲ画像２１をアジマス方向にフーリエ変換することで、図５に示すように、そのＳＡＲ画像２１をドップラー周波数帯域の成分２２に変換する（ステップＳＴ１２）。
ドップラー周波数帯域の成分２２は、レンジビンの数分だけ存在しているが、図５では、説明の便宜上、アジマス方向の１次元だけに着目して、１レンジビン分のみを描画している。

バンド切り出し部１４は、アジマスフーリエ変換部１３がＳＡＲ画像２１をドップラー周波数帯域の成分２２に変換すると、上記実施の形態１と同様に、そのドップラー周波数帯域の成分２２から、複数のサブ帯域の成分２３−１〜２３−５を切り出す処理を実施する（ステップＳＴ１３）。
図５では、ドップラー周波数帯域の成分２２から、５個のサブ帯域の成分を切り出す例を示しており、具体的には、帯域幅がＢ^＋のドップラー周波数帯域の成分２２から、帯域幅Ｂ_ｄｉｆずつずらしながら、帯域幅がＢのサブ帯域の成分２３−１〜２３−５を切り出すようにしている。
サブ帯域の成分２３−１〜２３−５についても、ドップラー周波数帯域の成分２２と同様に、レンジビンの数分だけ存在しているが、図５では、説明の便宜上、アジマス方向の１次元だけに着目して、１レンジビン分のみを描画している。

アジマス逆フーリエ変換部１５は、バンド切り出し部１４がドップラー周波数帯域の成分２２から、サブ帯域の成分２３−１〜２３−５を切り出すと、上記実施の形態１と同様に、サブ帯域の成分２３−１〜２３−５をアジマス方向に逆フーリエ変換することで、図５に示すように、サブ帯域の成分２３−１〜２３−５を時間領域の画像であるサブ画像２４−１〜２４−５にそれぞれ変換する（ステップＳＴ１４）。
サブ画像２４−１〜２４−５は、観測時刻がおおよそΔＴ_ｄｉｆずつずれた画像になっており、サブ画像２４−１〜２４−５のドップラー帯域幅はＢである。
レーダ装置３１の観測モードがスポットライトモードの場合、レーダ装置３１を搭載しているプラットフォームが移動しても、各観測時刻におけるビームの照射領域が変わらないため、上記実施の形態１のように、画像再構成部１６が、サブ画像２４−１〜２４−５から動画用画像２５−１〜２５−Ｌを構成する必要がなく、サブ画像２４−１〜２４−５を動画用画像として用いることができる。
動画用画像格納部１７には、動画用画像として、サブ画像２４−１〜２４−５が格納される。

動画用画像再生部１８は、動画用画像格納部１７から動画用画像として、サブ画像２４−１〜２４−５を読み出し、サブ画像２４−１→２４−２→・・・→２４−５の順番で、サブ画像２４−１〜２４−５を再生する（ステップＳＴ１５）。

なお、動画用画像再生部１８は、サブ帯域の成分２３−１〜２３−５の間に、観測時刻差として、おおよそΔＴ_ｄｉｆが生じているので、動画用画像として、サブ画像２４−１〜２４−５を再生する際、上記の式（３）（４）より、観測時刻差の概算値ΔＴ_ｄｉｆを算出し、その観測時刻差の概算値ΔＴ_ｄｉｆの逆数からサブ画像２４−１〜２４−５を再生する際のフレームレートを決定するようにする。例えば、サブ画像２４−１〜２４−５を再生する際のフレームレートを観測時刻差の概算値ΔＴ_ｄｉｆの逆数に一致させるようにする。
これにより、動画像における移動目標の実速度を確認することができるようになる。このように、フレームレートを基準にＢ_ｄｉｆを設定することで、任意の再生速度で動画を確認できる。

以上で明らかなように、この実施の形態２によれば、ＳＡＲ画像格納部１２に格納されているＳＡＲ画像２１をアジマス方向にフーリエ変換することで、そのＳＡＲ画像２１をドップラー周波数帯域の成分２２に変換するアジマスフーリエ変換部１３と、アジマスフーリエ変換部１３により変換されたドップラー周波数帯域の成分２２から、サブ帯域の成分２３−１〜２３−５を切り出すバンド切り出し部１４と、バンド切り出し部１４により切り出されたサブ帯域の成分２３−１〜２３−５をアジマス方向に逆フーリエ変換することで、サブ帯域の成分２３−１〜２３−５を、動画像用画像として、時間領域の画像であるサブ画像２４−１〜２４−５にそれぞれ変換するアジマス逆フーリエ変換部１５とを設けるように構成したので、ＳＡＲ画像２１から動画用画像としてサブ画像２４−１〜２４−５を作成することができる効果を奏する。
したがって、通信量の削減を目的として、データ量が多いＲＡＷデータをレーダ動画作成装置３２に送信するのではなく、プラットフォーム３上でレーダ装置３１により取得されたＲＡＷデータからＳＡＲ画像２１を生成して、そのＳＡＲ画像２１をレーダ動画作成装置３２に送信し、そのＳＡＲ画像２１から動画用画像２５−１〜２５−Ｌを作成したいという要求や、過去の生成済みのプロダクトであるＳＡＲ画像２１から動画用画像２５−１〜２５−Ｌを作成したいという要求などに対処することができるようになる。
ここで、図１０はレーダ装置３１を実装しているプラットフォーム３がＳＡＲ画像２１を送信する場合のレーダ動画作成装置３２を示す構成図であり、図１０の構成では、合成開口レーダ画像生成部１９がプラットフォーム３に実装されている。

図８の例では、レーダ装置３１からＲＡＷデータが送信された場合でも対処できるようにするために、合成開口レーダ画像生成部１９を実装しているが、レーダ装置３１からＲＡＷデータが送信されることはなく、常に、ＳＡＲ画像２１から動画用画像２５−１〜２５−Ｌを作成するものに処理を限定する場合には、合成開口レーダ画像生成部１９を省略することができる。

また、この実施の形態２では、バイスタティック観測で得られたＳＡＲ画像２１にも対応することができる。
また、この実施の形態２において、Ｂ＞Ｂ_ｄｉｆと設定すれば、バンド切り出し部１４が、アジマスフーリエ変換部１３により変換されたドップラー周波数帯域の成分２２から、隣のサブ帯域の成分と帯域の一部が重複するように、サブ帯域の成分２３−１〜２３−５を切り出す構成となるので、滑らかに変化する動画用画像としてサブ画像２４−１〜２４−５を生成することができる、特許文献１と同様の効果を奏する。しかし、レーダ動画作成装置３２の合成開口レーダ画像生成部１９による画像再生処理は、重複部分に対する冗長的な画像再生処理を含んでいないため、特許文献１と同等の効果が得られるにもかかわらず、演算量が低減されている効果も得られている。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

この発明に係るレーダ動画作成装置および方法は、レーダ装置の観測データから生成された合成開口レーダ画像をドップラー周波数帯域の成分に変換し、変換されたドップラー周波数帯域の成分から、複数のサブ帯域の成分を切り出し、切り出された複数のサブ帯域の成分を時間領域の画像にそれぞれ変換し、レーダ装置によるビームの照射領域毎に、変換された複数の時間領域の画像の中から、当該照射領域に対応する画素列をそれぞれ抽出し、それぞれ抽出した複数の画素列を集めて動画用画像を構成しているので、合成開口レーダ画像から動画用画像を作成することができ、レーダ動画を作成するのに適している。

１ レーダ装置、２ レーダ動画作成装置、３ プラットフォーム、１１ 合成開口レーダ画像生成部、１２ ＳＡＲ画像格納部、１３ アジマスフーリエ変換部（第１の変換部）、１４ バンド切り出し部、１５ アジマス逆フーリエ変換部（第２の変換部）、１６ 画像再構成部、１７ 動画用画像格納部、１８ 動画用画像再生部、１９ 合成開口レーダ画像生成部、２１ ＳＡＲ画像、２２ ドップラー周波数帯域の成分、２３−１〜２３−５ サブ帯域の成分、２４−１〜２４−５ サブ画像、２５−１〜２５−Ｌ 動画用画像、３１ レーダ装置、３２ レーダ動画作成装置、４１ メモリ、４２ プロセッサ、１００ ドップラー周波数帯域の成分、１０１−１〜１０１−３ サブ帯域の成分、１０２−１〜１０２−３ サブ画像、１０３ ビームパターン、１０３−１〜１０３−３ 分割されたビームパターン。

Claims (7)

1. レーダ装置の観測データから生成された合成開口レーダ画像をドップラー周波数帯域の成分に変換する第１の変換部と、
   前記第１の変換部により変換されたドップラー周波数帯域の成分から、複数のサブ帯域の成分を切り出すバンド切り出し部と、
   前記バンド切り出し部により切り出された複数のサブ帯域の成分を時間領域の画像にそれぞれ変換する第２の変換部と、
   前記レーダ装置によるビームの照射領域毎に、前記第２の変換部により変換された複数の時間領域の画像の中から、当該照射領域に対応する画素列をそれぞれ抽出し、それぞれ抽出した複数の画素列を集めて動画用画像を構成する画像再構成部と、
   前記画像再構成部によりビームの照射領域毎に構成された動画用画像を順番に再生する動画用画像再生部とを備え、
   前記動画用画像再生部は、前記サブ帯域の成分の帯域幅から、隣り合っているサブ帯域の成分の観測時刻差を算出し、前記観測時刻差の逆数から前記動画用画像を再生する際のフレームレートを決定することを特徴とするレーダ動画作成装置。
2. 前記レーダ装置によりストリップマップモード又はスライディングスポットライトモードで観測されたデータに対する合成開口処理を実施して合成開口レーダ画像を生成し、前記合成開口レーダ画像を前記第１の変換部に出力する合成開口レーダ画像生成部を備えたことを特徴とする請求項１記載のレーダ動画作成装置。
3. レーダ装置によりスポットライトモードで観測されたデータから生成された合成開口レーダ画像をドップラー周波数帯域の成分に変換する第１の変換部と、
   前記第１の変換部により変換されたドップラー周波数帯域の成分から、複数のサブ帯域の成分を切り出すバンド切り出し部と、
   前記バンド切り出し部により切り出された複数のサブ帯域の成分を、動画用画像として時間領域の画像にそれぞれ変換する第２の変換部と、
   前記第２の変換部により変換された複数の時間領域の画像である動画用画像を順番に再生する動画用画像再生部とを備え、
   前記動画用画像再生部は、前記サブ帯域の成分の帯域幅から、隣り合っているサブ帯域の成分の観測時刻差を算出し、前記観測時刻差の逆数から前記動画用画像を再生する際のフレームレートを決定することを特徴とするレーダ動画作成装置。
4. 前記レーダ装置によりスポットライトモードで観測されたデータに対する合成開口処理を実施して合成開口レーダ画像を生成し、前記合成開口レーダ画像を前記第１の変換部に出力する合成開口レーダ画像生成部を備えたことを特徴とする請求項３記載のレーダ動画作成装置。
5. 前記バンド切り出し部は、前記第１の変換部により変換されたドップラー周波数帯域の成分から、隣のサブ帯域の成分と帯域の一部が重複するように、複数のサブ帯域の成分を切り出すことを特徴とする請求項１または請求項３記載のレーダ動画作成装置。
6. 第１の変換部が、レーダ装置の観測データから生成された合成開口レーダ画像をドップラー周波数帯域の成分に変換し、
   バンド切り出し部が、前記第１の変換部により変換されたドップラー周波数帯域の成分から、複数のサブ帯域の成分を切り出し、
   第２の変換部が、前記バンド切り出し部により切り出された複数のサブ帯域の成分を時間領域の画像にそれぞれ変換し、
   画像再構成部が、前記レーダ装置によるビームの照射領域毎に、前記第２の変換部により変換された複数の時間領域の画像の中から、当該照射領域に対応する画素列をそれぞれ抽出し、それぞれ抽出した複数の画素列を集めて動画用画像を構成し、
   動画用画像再生部が、前記画像再構成部によりビームの照射領域毎に構成された動画用画像を順番に再生し、
   前記動画用画像再生部では、前記サブ帯域の成分の帯域幅から、隣り合っているサブ帯域の成分の観測時刻差を算出し、前記観測時刻差の逆数から前記動画用画像を再生する際のフレームレートを決定することを特徴とするレーダ動画作成方法。
7. 第１の変換部が、レーダ装置によりスポットライトモードで観測されたデータから生成された合成開口レーダ画像をドップラー周波数帯域の成分に変換し、
   バンド切り出し部が、前記第１の変換部により変換されたドップラー周波数帯域の成分から、複数のサブ帯域の成分を切り出し、
   第２の変換部が、前記バンド切り出し部により切り出された複数のサブ帯域の成分を、動画用画像として時間領域の画像にそれぞれ変換し、
   動画用画像再生部が、前記第２の変換部により変換された複数の時間領域の画像である動画用画像を順番に再生し、
   前記動画用画像再生部では、前記サブ帯域の成分の帯域幅から、隣り合っているサブ帯域の成分の観測時刻差を算出し、前記観測時刻差の逆数から前記動画用画像を再生する際のフレームレートを決定することを特徴とするレーダ動画作成方法。

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