JP7273653B2 - レーダ装置、及び信号処理方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、レーダ装置、及び信号処理方法に関する。

逆合成開口レーダ（ＩＳＡＲ：Inverse Synthetic Aperture Radar）で取得した画像を用いて、船舶等の目標を類別するレーダ装置が知られている。このようなレーダ装置は、取得したＩＳＡＲ画像から目標の特徴を抽出し、これを予めデータベース化された船舶等の特徴と比較することによって、目標を類別する。

目標の特徴としては、例えば、船舶の全体の形状、並びに船舶に設置された各種の構造物及びその設置位置等が含まれる。これらの特徴をＩＳＡＲ画像中から抽出する過程において、画像中から目標の両端部、すなわち船首及び船尾を検出し、目標の全体像を特定した上で、各構造物等が設置された位置を全体像の中で特定する。また、船舶を類別する際には、船舶の全長（ＬＯＡ：length overall）を正確に測定することが重要である。

ＩＳＡＲ画像は、目標で反射されたエコー信号を合成処理して生成される。このため、レーダ信号の伝搬状態によっては、必ずしも船舶全体の鮮明な画像が取得できるとは限らず、船首又は船尾が低輝度でしか映らない不鮮明な画像になる場合がある。例えば、船首又は船尾にマストの影が重なり、画像の一部が非常に暗く、十分な視認性を確保できない場合がある。

吉田 孝、「改訂レーダ技術」、電子情報通信学会、平成８年１０月１日（初版）、pp. 280 - 285

本発明が解決しようとする課題は、目標の全長をより正確に測定することが可能なレーダ装置、及び信号処理方法を提供することである。

実施形態に係るレーダ装置は、エコー信号を用いて、ＩＳＡＲ画像を生成する生成部と、前記ＩＳＡＲ画像を表示する表示部と、ユーザの指示に応じて、第１及び第２測定ラインを前記表示部に表示する第１表示処理部と、前記ＩＳＡＲ画像における前記第１及び第２測定ラインに挟まれた第１領域の輝度よりも、前記第１領域以外の第２領域の輝度を高くする調整部と、ユーザの指示に応じて、前記第１及び第２測定ラインの位置を更新する第２表示処理部と、前記第１及び第２測定ライン間の距離に基づいて、長さを測定する測定部とを具備する。

図１は、本実施形態に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。 図２は、図１に示した画像処理部の構成を示すブロック図である。 図３は、本実施形態に係るレーダ装置の動作を説明するフローチャートである。 図４は、表示部に表示されたＩＳＡＲ画像の一例である。 図５は、表示部に表示された２本の測定ラインの一例である。 図６は、輝度を調整した画像の一例である。 図７は、測定ラインが変更された画像の一例である。

以下、実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、同一の機能及び構成を有する要素については同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。

［１］ レーダ装置の構成
図１は、本実施形態に係るレーダ装置１０の構成を示すブロック図である。本実施形態では、レーダ信号を送信する目標として、船舶を例に挙げて説明する。レーダ装置１０は、アンテナ１１、サーキュレータ１２、送信部１３、受信部１４、及び信号処理装置１５を備える。

アンテナ１１は、レーダ装置１０を搭載する移動体の外装などに取り付けられ、電波を送受信する。アンテナ１１は、例えば、アレイ状に配列された複数のアンテナ素子を有するフェーズドアレイアンテナである。

送信部１３は、所定の送信周期で送信信号を生成し、生成した送信信号を、サーキュレータ１２を介してアンテナ１１から、目標としての船舶に向けて送信する。アンテナ１１から送信された送信信号の一部は、目標で反射し、この反射されたエコー信号は、受信信号としてアンテナ１１により受信される。

サーキュレータ１２は、送信信号と受信信号との経路を切り換える。サーキュレータ１２は、送信部１３からの送信信号をアンテナ１１に伝送するとともに、アンテナ１１により受信された受信信号を受信部１４に伝送する。

受信部１４は、送信信号の送信周期に基づいて、アンテナ１１により受信された受信信号を判別する。また、受信部１４は、低雑音増幅、周波数変換、及びフィルタリング等の受信処理を、受信信号に施す。

信号処理装置１５は、受信部１４から受信信号を取得する。信号処理装置１５は、受信信号を処理する。信号処理装置１５の機能は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサによる演算処理により実現される。信号処理装置１５は、ＩＳＡＲ画像生成部１６、画像処理部１７、記憶部１８、入力部１９、及び表示部２０を備える。

ＩＳＡＲ画像生成部１６は、受信部１４から受信信号を取得する。ＩＳＡＲ画像生成部１６は、複数の受信信号に対して開口合成処理を実行し、ＩＳＡＲ画像を生成する。また、ＩＳＡＲ画像生成部１６は、アンテナ１１と目標との相対的な運動に基づいて、アンテナ１１の開口（aperture）を等価的に拡大し、分解能を向上させることができる。

画像処理部１７は、ＩＳＡＲ画像生成部１６からＩＳＡＲ画像を取得する。画像処理部１７は、ＩＳＡＲ画像に対して画像処理を実行する。また、画像処理部１７は、船舶の全長（ＬＯＡ：length overall）を測定する。画像処理部１７の具体的な構成については、後述する。

記憶部１８は、画像処理部１７の機能を実現するためのプログラム、各種データ、及び各種パラメータなどを記憶する。記憶部１８は、揮発性メモリ、及び不揮発性メモリを含む。

入力部１９は、ユーザからの指示を受け付ける。入力部１９に入力された情報は、画像処理部１７に送信される。入力部１９は、タッチパネル、及び／又はトラックボールなどを含む。

表示部２０は、画像処理部１７から送信された画像を、画面に表示する。表示部２０は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、又は有機ＥＬ（electroluminescence）ディスプレイ等で構成される。

図２を参照して、画像処理部１７の構成について説明する。図２は、図１に示した画像処理部１７の構成を示すブロック図である。画像処理部１７は、表示処理部２１、輝度調整部２２、ＬＯＡ測定部２３、及びデータ出力部２４を備える。

表示処理部２１は、表示部２０に画像を表示するための処理を実行する。具体的には、表示処理部２１は、ＩＳＡＲ画像生成部１６が生成したＩＳＡＲ画像を表示部２０に表示する。また、表示処理部２１は、ユーザが入力部１９に入力した情報に基づいて、ＬＯＡを測定するための２本の測定ラインを表示部２０に表示する。

輝度調整部２２は、表示部２０に表示された画像のうち２本の測定ラインの外側の領域を判定する。また、輝度調整部２２は、２本の測定ラインの外側の領域の輝度を調整する。

ＬＯＡ測定部２３は、２本の測定ライン間の距離を算出し、ＬＯＡを測定する。データ出力部２４は、測定したＬＯＡを、所定の方法で出力する。

［２］ 動作
図３を参照して、上記のように構成されたレーダ装置１０の動作について説明する。図３は、レーダ装置１０の動作を説明するフローチャートである。

ＩＳＡＲ画像生成部１６は、受信部１４が受信した受信信号を用いて、合成開口処理を実行し、ＩＳＡＲ画像を生成する（ステップＳ１００）。ＩＳＡＲ画像生成部１６により生成されたＩＳＡＲ画像は、画像処理部１７に送信される。

続いて、表示処理部２１は、ＩＳＡＲ画像を表示部２０に表示する（ステップＳ１０１）。ＩＳＡＲ画像の最初の輝度は、ユーザが任意に設定可能であり、ＩＳＡＲ画像に含まれる船舶の全体像がより視認しやすいように設定される。図４は、表示部２０に表示されたＩＳＡＲ画像３０の一例である。表示部２０には、船舶３１が表示されている。図４の例では、船舶３１のマストの影が船尾に重なり、船尾が非常に暗くなっている。このため、船尾の形状が視認できない状態である。図４において、船尾を破線で示している。

ユーザは、表示部２０に表示された船舶を視認する。そして、ユーザは、表示部２０に表示された船舶のＬＯＡを測定する。具体的には、ユーザは、入力部１９を操作し、船舶の船首と船尾とにそれぞれ２本の測定ラインを置くものとする。

続いて、画像処理部１７は、測定ラインの情報が入力部１９に入力されたか否かを監視している（ステップＳ１０２）。

ステップＳ１０２において測定ラインの情報が入力された場合、表示処理部２１は、表示部２０のうちユーザが指示した位置に、２本の測定ラインを表示する（ステップＳ１０３）。図５は、表示部２０に表示された２本の測定ライン３２－１、３２－２の一例である。船首は視認できるため、測定ライン３２－１は、船首に合わせて置かれている。一方で、船尾は視認できないため、測定ライン３２－２は、船尾に合わせて置かれていない。

続いて、輝度調整部２２は、２本の測定ラインの外側の領域を判定する（ステップＳ１０４）。図５では、測定ライン３２－１、３２－２の外側の領域は、領域３３－１、３３－２で示されている。領域３３－１、３３－２は、ＩＳＡＲ画像３０のうち測定ライン３２－１、３２－２で挟まれた領域以外の領域である。

続いて、輝度調整部２２は、２本の測定ラインの外側の領域の輝度を、２本の測定ラインの内側の領域の輝度よりも高くする（ステップＳ１０５）。輝度は、表示部２０の画面に表示された画像の輝度である。図６は、輝度を調整した画像の一例である。領域３３－１、３３－２の輝度を高くすることで、船尾が視認できるようになっている。ステップＳ１０５では、２本の測定ラインの外側の領域の輝度を高くするのに加えて、２本の測定ラインの内側の領域の輝度を低くするようにしてもよい。

続いて、画像処理部１７は、測定ラインの情報が入力部１９に入力されたか否かを監視している（ステップＳ１０６）。

ステップＳ１０６において、ユーザは、例えば船尾が視認できた場合、測定ラインの位置を変更する。ステップＳ１０６において測定ラインの情報が入力された場合、表示処理部２１は、２本の測定ラインの位置（表示位置）を更新する（ステップＳ１０７）。図７は、測定ラインが変更された画像の一例である。ユーザは、領域３３－２で船尾が視認できたので、測定ライン３２－２を船尾の位置に変更する。

続いて、ＬＯＡ測定部２３は、２本の測定ライン間の距離を算出し、ＬＯＡを測定する（ステップＳ１０８）。

一方、ステップＳ１０６において測定ラインの情報が入力されない場合、ステップＳ１０８に移行する。具体的には、ＬＯＡ測定部２３は、ステップＳ１０５から所定時間が経過しても測定ラインが更新されない場合、処理を開始する。

続いて、データ出力部２４は、測定したＬＯＡを、ユーザが確認できる状態で出力する（ステップＳ１０９）。ステップＳ１０９の出力方法としては、例えば、データ出力部２４は、測定したＬＯＡを、表示部２０に表示する。

［３］ 実施形態の効果
以上詳述したように本実施形態では、表示処理部２１は、ユーザの指示に応じて、ＩＳＡＲ画像が表示された表示部２０に、ＬＯＡを測定するための２本の測定ラインを表示する。輝度調整部２２は、ＩＳＡＲ画像のうち２本の測定ラインの外側の領域を判定し、この領域の輝度を高くする。表示処理部２１は、ユーザの指示に応じて、２本の測定ラインの位置を更新する。そして、ＬＯＡ測定部２３は、２本の測定ライン間の距離を演算し、船舶の全長（ＬＯＡ）を測定するようにしている。

従って本実施形態によれば、２本の測定ラインの外側の領域において、視認性を向上させることができる。これにより、ユーザは、ＩＳＡＲ画像のうち船首と船尾とにより正確に２本の測定ラインを置くことができる。この結果、ＬＯＡをより正確に測定することが可能である。

上記実施形態に係るレーダ装置１０は、航空機に搭載されることが好適である。また、レーダ装置１０は、地上に配置されるようにしてもよい。

上記実施形態では、レーダの目標として船舶を例に挙げ、船舶のＩＳＡＲ画像を取得するようにしている。しかし、これに限定されず、船舶以外の移動する物体を目標に設定することも可能である。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０…レーダ装置、１１…アンテナ、１２…サーキュレータ、１３…送信部、１４…受信部、１５…信号処理装置、１６…ＩＳＡＲ画像生成部、１７…画像処理部、１８…記憶部、１９…入力部、２０…表示部、２１…表示処理部、２２…輝度調整部、２３…ＬＯＡ測定部、２４…データ出力部、３０…ＩＳＡＲ画像、３１…船舶、３２－１，３２－２…測定ライン。

Claims (7)

1. エコー信号を用いて、ＩＳＡＲ（Inverse Synthetic Aperture Radar）画像を生成する生成部と、
   前記ＩＳＡＲ画像を表示する表示部と、
   ユーザの指示に応じて、第１及び第２測定ラインを前記表示部に表示する第１表示処理部と、
   前記ＩＳＡＲ画像における前記第１及び第２測定ラインに挟まれた第１領域の輝度よりも、前記第１領域以外の第２領域の輝度を高くする調整部と、
   ユーザの指示に応じて、前記第１及び第２測定ラインの位置を更新する第２表示処理部と、
   前記第１及び第２測定ライン間の距離に基づいて、長さを測定する測定部と、
   を具備するレーダ装置。
2. 前記調整部は、前記第１及び第２測定ラインに基づいて、前記第１領域及び前記第２領域を判定する
   請求項１に記載のレーダ装置。
3. ユーザが入力する情報を受け付ける入力部をさらに具備し、
   前記第１及び第２表示処理部は、前記入力部からの情報に基づいて処理を実行する
   請求項１又は２に記載のレーダ装置。
4. 前記測定された長さを出力する出力部をさらに具備する
   請求項１乃至３のいずれかに記載のレーダ装置。
5. 前記目標に向けて送信信号を送信し、前記エコー信号を受信するアンテナをさらに具備する
   請求項１乃至４のいずれかに記載のレーダ装置。
6. 前記アンテナは、フェーズドアレイアンテナである
   請求項５に記載のレーダ装置。
7. エコー信号を用いて、ＩＳＡＲ画像を生成し、
   前記ＩＳＡＲ画像を表示部に表示し、
   ユーザの指示に応じて、第１及び第２測定ラインを前記表示部に表示し、
   前記ＩＳＡＲ画像における前記第１及び第２測定ラインに挟まれた第１領域の輝度よりも、前記第１領域以外の第２領域の輝度を高くし、
   ユーザの指示に応じて、前記第１及び第２測定ラインの位置を更新し、
   前記第１及び第２測定ライン間の距離に基づいて、長さを測定する
   信号処理方法。

Images