特開 2022-170543 信号処理装置、信号処理方法、及びプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022170543

(43)【公開日】2022-11-10

(54)【発明の名称】信号処理装置、信号処理方法、及びプログラム

(51)【国際特許分類】

   G01S 13/90 20060101AFI20221102BHJP

【ＦＩ】

G01S13/90 135

G01S13/90 164

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021076737

(22)【出願日】2021-04-28

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用申請有り ウェブサイトの掲載日：令和２年９月２１日、ウェブサイトのアドレス：ｈｔｔｐｓ：／／ｉｇａｒｓｓ２０２０．ｏｒｇ／ｖｉｅｗ＿ｐａｐｅｒ．ｐｈｐ？ＰａｐｅｒＮｕｍ＝１３５０（２０２０ ＩＥＥＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｇｅｏｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｒｅｍｏｔｅ Ｓｅｎｓｉｎｇ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ予稿集）、発行者名：ＩＥＥＥ ウェブサイトの掲載日：令和２年９月２１日、ウェブサイトのアドレス：ｈｔｔｐｓ：／／ｉｇａｒｓｓ２０２０．ｏｒｇ／ｖｉｅｗ＿ｐａｐｅｒ．ｐｈｐ？ＰａｐｅｒＮｕｍ＝１３５０（２０２０ ＩＥＥＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｇｅｏｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｒｅｍｏｔｅ Ｓｅｎｓｉｎｇ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ発表資料）、発行者名：ＩＥＥＥ 開催日：令和２年９月２９日、集会名：２０２０ ＩＥＥＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｇｅｏｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｒｅｍｏｔｅ Ｓｅｎｓｉｎｇ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ、開催場所：バーチャルシンポジウム（オンライン口頭発表）

(71)【出願人】

【識別番号】503361400

【氏名又は名称】国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構

(74)【代理人】

【識別番号】100106909

【弁理士】

【氏名又は名称】棚井 澄雄

(74)【代理人】

【識別番号】100161702

【弁理士】

【氏名又は名称】橋本 宏之

(74)【代理人】

【識別番号】100188592

【弁理士】

【氏名又は名称】山口 洋

(74)【代理人】

【識別番号】100181124

【弁理士】

【氏名又は名称】沖田 壮男

(74)【代理人】

【識別番号】100163496

【弁理士】

【氏名又は名称】荒 則彦

(72)【発明者】

【氏名】平原 大地

【テーマコード（参考）】

5J070

【Ｆターム（参考）】

5J070AB01

5J070AD10

5J070AE02

5J070AE07

5J070AF01

5J070AF03

5J070AF06

5J070AF08

5J070BE02

(57)【要約】

【課題】センシングの自由度と分解能を向上させることができる信号処理装置、信号処理方法、及びプログラムを提供することを目的の一つとする。
【解決手段】実施形態に係る信号処理装置は、アンテナを搭載した移動体が複数の観測位置を移動する際、前記アンテナを搭載する観測定点が回転する際、あるいは観測すべきターゲットが移動体であり複数回観測する際において、観測位置において前記アンテナにより受信された観測信号に基づいて、合成開口処理を行う処理部を備え、前記処理部が、前記合成開口処理において、前記観測位置に対してカトリ・ラオ積拡張を行うことで、非観測位置に前記観測位置を仮想的に設定する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

アンテナを搭載した移動体が複数の観測位置を移動する際、前記アンテナを搭載する観測定点が回転する際、あるいは観測すべきターゲットが移動体であり複数回観測する際において、各観測位置において前記アンテナにより受信された観測信号に基づいて、合成開口処理を行う処理部を備え、
前記処理部は、前記合成開口処理において、前記観測位置に対してカトリ・ラオ積拡張を行うことで、非観測位置に前記観測位置を仮想的に設定する、
信号処理装置。

【請求項2】

前記処理部は、前記合成開口処理において、所定の条件を満たすように前記観測位置を間引く、または仮想的な前記観測位置を拡張する、
請求項１に記載の信号処理装置。

【請求項3】

前記処理部は、
前記複数の観測位置の中から、前記ターゲットと前記移動体とのドップラー遷移が零となる観測位置を選択し、
前記選択した観測位置を前記カトリ・ラオ積拡張の基準としたときに、前記観測位置の冗長性が最も低くなるように前記観測位置を間引く、または仮想的な前記観測位置を拡張する、
請求項２に記載の信号処理装置。

【請求項4】

前記処理部は、
前記合成開口処理が行われた観測信号に基づいて、前記観測位置から前記ターゲットを観測した画像を生成し、
前記画像上において出現する虚像の位置に基づいて、前記観測位置を間引く、
請求項２又は３に記載の信号処理装置。

【請求項5】

前記処理部は、前記観測位置の冗長性が最も低くなるように前記観測位置を間引く際に、複数のターゲットと複数の観測位置との位置関係をデータベース化する、
請求項３に記載の信号処理装置。

【請求項6】

前記処理部は、前記合成開口処理により特定されたターゲットに対して、他の虚像を許容して、前記カトリ・ラオ積拡張が最低冗長となるように、不規則な観測位置を用いて再処理する、
請求項１から５のうちいずれか一項に記載の信号処理装置。

【請求項7】

前記合成開口処理には、前記観測位置ごとの観測信号から、各シーンに対応したデータを抽出する第１処理と、前記シーンごとに抽出されたデータを圧縮する第２処理とが含まれ、
前記処理部は、前記第２処理時に前記カトリ・ラオ積拡張を行う、
請求項１から６のうちいずれか一項に記載の信号処理装置。

【請求項8】

アンテナを搭載した移動体が複数の観測位置を移動する際において、各観測位置において前記アンテナにより受信された観測信号を、前記移動体から受信する受信部と、
前記受信部によって受信された観測信号に基づいて、合成開口処理を行う処理部と、を備え、
前記処理部は、前記合成開口処理において、前記観測信号に対してカトリ・ラオ積拡張を行うことで、非観測位置の観測信号を仮想的に増やす、
信号処理装置。

【請求項9】

アンテナを搭載したプラットフォームが移動体である観測ターゲットを複数回観測する際において、複数の観測位置の其々において前記アンテナにより受信された観測信号に基づいて、前記観測ターゲットの移動方向に合成開口処理を行う処理部を備え、
前記処理部は、前記合成開口処理において、前記観測位置に対してカトリ・ラオ積拡張を行うことで、非観測位置に前記観測位置を仮想的に設定する、
信号処理装置。

【請求項10】

前記処理部は、
前記複数の観測位置の中から、移動する前記観測ターゲットとのドップラー遷移が零となる観測位置を選択し、
前記選択した観測位置を前記カトリ・ラオ積拡張の基準として前記観測ターゲットの移動方向に前記カトリ・ラオ積拡張を行い、前記観測位置の冗長性が最も低くなるように前記観測位置を間引くまたは拡張する、
請求項９に記載の信号処理装置。

【請求項11】

コンピュータが、
アンテナを搭載した移動体が複数の観測位置を移動する際、前記アンテナを搭載する観測定点が回転する際、あるいは観測すべきターゲットが移動体であり複数回観測する際において、各観測位置において前記アンテナにより受信された観測信号に基づいて、合成開口処理を行い、
前記合成開口処理において、前記観測位置に対してカトリ・ラオ積拡張を行うことで、非観測位置に前記観測位置を仮想的に設定する、
信号処理方法。

【請求項12】

コンピュータに、
アンテナを搭載した移動体が複数の観測位置を移動する際、前記アンテナを搭載する観測定点が回転する際、あるいは観測すべきターゲットが移動体であり複数回観測する際において、各観測位置において前記アンテナにより受信された観測信号に基づいて、合成開口処理を行うこと、
前記合成開口処理において、前記観測位置に対してカトリ・ラオ積拡張を行うことで、非観測位置に前記観測位置を仮想的に設定すること、
を実行させるためのプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、信号処理装置、信号処理方法、及びプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、合成開口レーダ（ＳＡＲ）又はその合成開口処理について知られている（例えば、特許文献１参照）。合成開口処理の技術は、効率的かつ画期的であり多用されている。さらなる利便性や機能性能向上には、小型化可能な観測周波数であれば複数機による撮像結果を合成する手法があり、小型化が難しい場合は単機でアンテナの大型化や複数の周波数利用等が検討されている。しかしながら、開発コストやプラットホームのリソースの負荷が課題となっている。また、複数機による時間差を設けた観測では移動体の検出に向かない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２１－４７０１９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来の解決方法としては、ディジタルビームフォーミング（ＤＢＦ）処理や、圧縮センシング技術が考案されている。ディジタルビームフォーミング処理については、合成開口処理のため、プラットホームの進行方向に関する解像度の恩恵は限定的である。圧縮センシング技術については、観測点を間引くことで（データ量を削減することで）、解像度を維持することが可能であるが、観測データの周波数成分にスパース性が前提となっており間引ける条件も限定的となる。

【0005】

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、センシングの自由度と分解能を向上させることができる信号処理装置、信号処理方法、及びプログラムを提供することを目的の一つとする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様は、アンテナを搭載した移動体が複数の観測位置を移動する際、前記アンテナを搭載する観測定点が回転する際、あるいは観測すべきターゲットが移動体であり複数回観測する際において、各観測において前記アンテナにより受信された観測信号に基づいて、合成開口処理を行う処理部を備え、前記処理部が、前記合成開口処理において、前記観測位置に対してカトリ・ラオ積拡張を行うことで、非観測位置に前記観測位置を仮想的に設定する信号処理装置である。

【発明の効果】

【0007】

本発明の一態様によれば、センシングの自由度と分解能を向上させることができる。また、観測回数を削減し補間できることからさらなるシステムトレードオフを可能とする。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施形態に係るリモートセンシングシステム１の概念図である。

【図2】人工衛星Ｍによる地上観測の様子を模式的に表す図である。

【図3】実施形態に係るレーダ装置１００の構成図である。

【図4】実施形態に係る信号処理装置２００の構成図である。

【図5】実施形態に係る合成開口処理部２３２の一連の処理の流れを表すフローチャートである。

【図6】カトリ・ラオ積拡張を模式的に表す図である。

【図7】人工衛星Ｍが軌道ＯＲに沿って航行している様子を模式的に表す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面を参照し、本発明の信号処理装置、信号処理方法、及びプログラムの実施形態について説明する。

【0010】

［リモートセンシングシステム］
図１は、実施形態に係るリモートセンシングシステム１の概念図である。図示のように、リモートセンシングシステム１には、例えば、少なくとも一つの移動体Ｍと、一つ又は複数の地上局Ｇが含まれる。移動体Ｍは、プラットホームの一種であり、典型的には、人工衛星である。この人工衛星は、衛星メガコンステレーションやクラスター衛星群といったクラスタを形成するものであってもよい。人工衛星のような移動体Ｍに自律機能があり、他観測システム等の制御機能を有する場合は、必ずしも地上局Ｇを必須としない。

【0011】

なお移動体Ｍは、人工衛星に限られず、宇宙探査機であってもよいし、航空機やドローンといった地上上空を航行する飛行体であってもよい。また、移動体Ｍは、合成開口処理を行うことができれば如何なる移動体であってもよく、例えば車両等の陸上を移動するものであってもよい。以下、一例として、移動体Ｍは「人工衛星」であるものとして説明する。

【0012】

人工衛星Ｍは、例えば、予め決められた軌道ＯＲを航行しながら地上（海洋も含む）を観測し、その観測結果を表す信号（以下、観測信号という）を地上局Ｇに送信する。軌道ＯＲは、例えば、地球周回軌道である。

【0013】

地上局Ｇは、地上に設置された無線局である。地上局Ｇは、人工衛星Ｍから観測信号を受信したり、人工衛星Ｍに観測に関する指示（例えば観測すべきタイミングや観測すべき地点等）を送信したりする。

【0014】

図２は、人工衛星Ｍによる地上観測の様子を模式的に表す図である。図示のように、人工衛星Ｍは、軌道ＯＲに沿って航行しながら、ターゲットＴが存在する地上に向けてマイクロ波のビームを照射し、そのビームの反射波（エコー）を受信することで、地上観測が行われる。ターゲットＴは、例えば、海洋上の船舶などであってよい。人工衛星Ｍのようなプラットホームの移動に伴って、観測範囲を帯状に走査しながらデータを収集する方法はストリップマッピングと呼ばれる。

【0015】

人工衛星Ｍの軌道ＯＲ上には、地上を観測すべき位置（以下、観測位置という）が定められており、その観測位置に人工衛星Ｍが到達すると、地上の観測が実行される。本実施形態では、観測位置でない位置、つまり非観測位置を仮想的な観測位置（以下、「仮想位置」）に見立てて、合成開口処理が行われる。図中に示す楕円の領域は、マイクロ波のビームが照射された領域を表している。合成開口処理により、ビームの照射領域（楕円領域）よりも狭い領域にまで分解能を向上させることができる。

【0016】

［レーダ装置］
図３は、実施形態に係るレーダ装置１００の構成図である。レーダ装置１００は、人工衛星Ｍに搭載される。例えば、レーダ装置１００は、アンテナ１１０と、送受信器１２０と、送受信制御部１３０と、記憶部１４０とを備える。

【0017】

アンテナ１１０は、例えば、複数のアンテナ素子が配列されたフェーズドアレイアンテナである。大型の展開アンテナであっても良く、記憶される観測位置毎の受信データはアナログ合成によるものであってもよいし、デジタル合成によるものであってもよい。

【0018】

送受信器１２０は、特定周波数のパルス信号（例えばＰＲＦ（Pulse Repetition Frequency）信号）をアンテナ１１０に供給し、アンテナ１１０を介してパルス状のマイクロ波を、所望の方向に向けて照射する。更に、送受信器１２０は、アンテナ１１０を介して、照射電波の反射波（つまり観測信号）を受信する。

【0019】

送受信制御部１３０は、軌道ＯＲ上の各観測位置において観測が行われるように、送受信器１２０にマイクロ波の送受信をさせる。また、送受信制御部１３０は、アンテナ１１０によって受信された観測信号に対してエンコードが行われた結果を、記憶部２４０に保存する。合成開口処理が地上システム側で行われる場合観測信号は地上局Ｇへと送信され、地上局Ｇ側でエンコードされてよい。合成開口処理が衛星システム側で行われる場合、観測信号は地上局Ｇに送信される前に人工衛星Ｍ側でエンコードされてよい。

【0020】

送受信制御部１３０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＧＰＵ（Graphics Processing Unit）などのプロセッサが記憶部１４０に格納されたプログラムやＡＰＩ（Application Programming Interface）等を実行することにより実現される。また、送受信制御部１３０は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、またはＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）などのハードウェア（回路）により実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。また、プロセッサにより参照されるプログラムは、予め記憶部１４０に格納されていてもよいし、ＤＶＤやＣＤ－ＲＯＭなどの着脱可能な記憶媒体に格納されており、その記憶媒体から記憶部１４０へとインストールされてもよい。レーダ装置１００の各機能部は、人工衛星Ｍに設けられるのに限られず、地上局Ｇや、地上局Ｇと異なるその他の地上設備（例えばサーバが集約されたデータセンタ等）に設けられてもよい。

【0021】

記憶部１４０は、例えば、ＨＤＤ（Hard Disc Drive）、フラッシュメモリ、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）などによって実現される。記憶部１４０には、例えば、軌道情報１４２などが格納される。軌道情報１４２は、人工衛星Ｍの軌道ＯＲを表す情報であり、上述した観測位置（観測時刻）の情報が含まれる。

【0022】

［信号処理装置］
図４は、実施形態に係る信号処理装置２００の構成図である。信号処理装置２００は、地上局Ｇやデータセンタといった任意の地上設備に設置されてよい。例えば、信号処理装置２００は、アンテナ２１０と、送受信器２２０と、処理部２３０と、記憶部２４０とを備える。アンテナ２１０と、送受信器２２０とを合わせたものは「受信部」の一例である。

【0023】

アンテナ２１０は、例えば、パラボラアンテナやフェーズドアレイアンテナである。

【0024】

送受信器２２０は、アンテナ２１０を介してマイクロ波を人工衛星Ｍに向けて照射する。更に、送受信器１２０は、アンテナ１１０を介して、人工衛星Ｍから観測信号を受信する。

【0025】

処理部２３０は、例えば、合成開口処理部２３２と、航法補間部２３４と、送受信制御部２３６とを備える。

【0026】

処理部２３０の構成要素は、例えば、ＣＰＵやＧＰＵなどのプロセッサが記憶部２４０に格納されたプログラムを実行することにより実現される。また、処理部２３０の構成要素の一部または全部は、ＬＳＩ、ＡＳＩＣ、またはＦＰＧＡなどのハードウェア（回路）により実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。また、プロセッサにより参照されるプログラムは、予め記憶部２４０に格納されていてもよいし、ＤＶＤやＣＤ－ＲＯＭなどの着脱可能な記憶媒体に格納されており、その記憶媒体から記憶部２４０へとインストールされてもよい。

【0027】

記憶部２４０は、例えば、ＨＤＤ、フラッシュメモリ、ＥＥＰＲＯＭ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどによって実現される。記憶部２４０には、例えば、プログラムなどが格納される。

【0028】

合成開口処理部２３２は、人工衛星Ｍから受信された観測信号に対して、合成開口処理を行う。本実施形態に係る合成開口処理の詳細な説明については後述する。

【0029】

航法補間部２３４は、アジマス圧縮のための仮想観測位置における人工衛星Ｍ航行情報を、選択した効果的な実観測位置からの航法情報を用いて補間する。より具体的には、航法補間部２３４は、軌道ＯＲ上において実観測位置の間隔や数を決定、もしくは観測済みの観測データを仮想観測位置で補間できることから冗長性が低くなるように間引く。

【0030】

送受信制御部２３６は、人工衛星Ｍが地上局Ｇとの通信を必要とする場合、アップリンクならびにダウンリンクが行われるように、送受信器２２０を制御する。

【0031】

［フローチャート］
図５は、実施形態に係る合成開口処理部２３２の一連の処理の流れを表すフローチャートである。例えば、信号処理装置２００が任意の地上データセンタに設置される場合、本フローチャートの処理は、地上局Ｇの送受信器２２０が、アンテナ２１０を介して人工衛星Ｍから観測信号を受信し地上伝送によりデータセンタに送信した場合に実行されてよい。人工衛星Ｍに搭載されたレーダ装置１００が信号処理装置２００の一部または全ての機能を備える場合は、本フローチャートの処理は、レーダ装置１００によって実行されてよい。

【0032】

まず、合成開口処理部２３２は、レベル０（Ｌ０）の処理を行う（ステップＳ１０００）。例えば、合成開口処理部２３２は、レベル０の処理として、人工衛星Ｍから受信した観測信号（つまりダウンリンクした観測信号）を復号し、人工衛星Ｍにおいてエンコードされる前の元の観測信号（Ｒａｗデータ）を取得する。この際、合成開口処理部２３２は、Ｒａｗデータから余分なパケットを分離させる。以下、レベル０の処理が行われた観測信号のことを、「Ｌ０データ」と称して説明する。

【0033】

次に、合成開口処理部２３２は、レベル１（Ｌ１）の処理を行う（ステップＳ１１００）。レベル１の処理には、レベル１．０の処理（図中Ｓ１１１０）と、レベル１．１の処理（図中Ｓ１１２０）と、レベル１．５の処理（図中Ｓ１１３０）とが含まれる。レベル１．０の処理は、「第１処理」の一例である。レベル１．１の処理は、「第２処理」の一例である。

【0034】

レベル１．０の処理（Ｌ１．０）は、一つのＬ０データから各シーンのデータを抽出する処理である。Ｌ０データの元となった観測信号は、複数の観測位置のぞれぞれに対応した観測信号が、人工衛星Ｍが到達していった順番に連なった時系列データである。そのため、Ｌ０データもまた時系列データである。例えば、合成開口処理部２３２は、観測位置ごと、つまりシーンごとに、時系列データであるＬ０データを切り出し、後段の処理で扱いやすいデータサイズにする。レベル１．０の処理は、「第１処理」の一例である。

【0035】

レベル１．１の処理（Ｌ１．１）は、各シーンのデータのパルスを圧縮する処理である。例えば、合成開口処理部２３２は、地上における人工衛星Ｍの進行方向であるアジマス方向に関してパルス圧縮を行うとともに、そのアジマス方向に直交するグランドレンジ方向に関してパルス圧縮を行う。

【0036】

より具体的には、合成開口処理部２３２は、レベル１．１の処理として、各シーンのデータをデコードし、更に、グランドレンジ方向に関してパルス圧縮を行う（ステップＳ１１２２）。なお、Ｌ０処理においてデコードが行われる場合、Ｓ１１２２におけるデコードは省略されてもよい。

【0037】

次に、合成開口処理部２３２は、カトリ・ラオ積拡張を行う（ステップＳ１１２４）。

【0038】

図６は、カトリ・ラオ積拡張を模式的に表す図である。例えば、合成開口処理部２３２は、図６に表すように、実際に観測信号が得られた観測位置同士の間隔に基づいて、観測信号が得られていない非観測位置に、仮想的な観測位置（仮想位置）を設定する（補間または拡張する）。仮想位置は、実観測位置に応じて複数の観測位置の間に内挿されてもよいし、観測位置の外側に外挿されてもよい。

【0039】

仮想位置では観測が行われていないため、観測信号が存在しない。従って、合成開口処理部２３２は、各観測位置での観測信号に対してカトリ・ラオ積拡張を行い、非観測位置での観測信号を補間する。このようなカトリ・ラオ積拡張によって、後段のアジマス方向に関する圧縮処理の対象が増えるため、アジマス方向の分解能が向上する。また、観測回数の削減が可能なため、衛星搭載リソースを緩和することができる。

【0040】

合成開口処理部２３２は、カトリ・ラオ積拡張を行う際に、実際に得られた複数の観測位置を所定の条件を満たすように間引いたり、拡張したりしてよい。間引かれた観測位置は、カトリ・ラオ積拡張の際に仮想位置が設定される対象となる。

【0041】

例えば、合成開口処理部２３２は、複数の観測位置の中から、観測すべき地上のターゲットＴと人工衛星Ｍとのドップラー遷移が零となる一つの観測位置を選択し、その選択した観測位置をカトリ・ラオ積拡張の基準としたときに、観測位置の冗長性が最も低くなるように観測位置を間引く、又は拡張する。より具体的には、ネストアレーなどの手法を用いた際に最低冗長アレーとなるように間引く間隔や間引く数を決めたり、拡張する間隔や拡張する数を決めたりする。

【0042】

また、合成開口処理部２３２は、観測位置ではなく、観測信号を間引いたり拡張したりしてもよい。間引かれた観測信号は、カトリ・ラオ積拡張の際に仮想的な信号として推定される対象となる。

【0043】

例えば、合成開口処理部２３２は、複数の観測信号の中から、ターゲットＴとのドップラー遷移が零となる観測位置に対応した観測信号を選択し、その選択した観測信号をカトリ・ラオ積拡張の基準としたときに、冗長性が最も低くなるように観測信号を間引いたり拡張したりしてよい。

【0044】

更に、合成開口処理部２３２は、カトリ・ラオ積拡張を行う際に、ＳＡＲ画像上において出現する虚像の位置に基づいて、観測位置を間引いてもよい。例えば、複数の観測位置をアジマス方向に並べたときに、それら観測位置の中で、ターゲットＴと人工衛星Ｍとのドップラー遷移が零となる観測位置が中心に位置していたとする。ＳＡＲ画像を提供するユーザによっては、ＳＡＲ画像上においてターゲットＴさえ高解像度で確認できればその他の領域の解像度は問題にしないようなユーザも存在する。このような場合、ドップラー遷移が零となる観測位置（中心）を基準にし、基準の観測位置（中心）に近い観測位置ほど、間引く間隔を狭くしたり、間引く数を少なくしたりし、基準の観測位置（中心）から離れる観測位置ほど、間引く間隔を広くしたり、間引く数を多くしたりしてよい。このように間引き処理によって出現し得る虚像を無視することができれば、更に、観測位置（又はその観測信号）をより多く間引くことができる。

【0045】

図５のフローチャートの説明に戻る。次に、合成開口処理部２３２は、カトリ・ラオ積拡張が行われた観測信号（Ｌ０データ）に対して、アジマス方向に関してパルス圧縮を行う（ステップＳ１１２６）。カトリ・ラオ積拡張によって仮想位置が補間または拡張され、その仮想位置での観測信号が推定されている場合、観測位置での観測信号に加えて、仮想位置での観測信号も併せてパルス圧縮される。パルス圧縮時に必要となる仮想位置に対する航法情報は航法補間部２３４によって作成される。

【0046】

次に、合成開口処理部２３２は、ＳＡＲ画像及び／又は干渉図（インターフェログラム）を生成する（ステップＳ１１２８）。

【0047】

次に、合成開口処理部２３２は、レベル１．５の処理として、ＳＡＲ画像や干渉図の幾何補正を行う（ステップＳ１１３０）。例えば、合成開口処理部２３２は、人工衛星Ｍの速度や加速度などを用いてをＳＡＲ画像や干渉図を補正したり、マルチルック処理を行って、ＳＡＲ画像や干渉図のノイズを低減させたりしてよい。更に、合成開口処理部２３２は、アジマス方向を基準にしたジオリファレンスや、地図を基準にしたジオコーデッドなどの手法を用いて、ＳＡＲ画像や干渉図を地図上に重ね合わせるようにマッピングしてよい。

【0048】

次に、合成開口処理部２３２は、レベル２．０や３．０といった、より高次元の処理を行う（ステップＳ１２００）。例えば、合成開口処理部２３２は、レベル２．０の処理として、オルソ補正を行ってよい。また、例えば、合成開口処理部２３２は、レベル３．０の処理として、ノイズ低減処理や、ダイナミックレンジ方向に関してパルス圧縮を行ってよい。その他に、待機補正、斜面勾配補正、反射率補正といった種々の補正も行われてよい。これによって、本フローチャートに示す合成開口処理の一連の処理が終了する。

【0049】

上述した航法補間部２３４は、過去の合成開口処理の結果に基づいて、軌道ＯＲ上の人工衛星Ｍの送受信制御部１３０に対して、パルス送受信タイミングをターゲットＴに対して最低冗長となるように最適化しても良い。または、補間可能な観測位置の情報を間引き、さらには拡張された仮想観測位置も用いてターゲットＴに対する観測性能を向上するよう繰り返し最適化しても良い。送受信制御部２３６は、航法補間部２３４によって最適化された観測条件を、送受信器２２０を介して、軌道ＯＲ上の人工衛星Ｍに対して送信する。

【0050】

このような観測位置の決め方により、軌道ＯＲの次の周回などにおいて、人工衛星Ｍによるパルス信号の送受信回数を削減できるため、人工衛星Ｍ内での消費電力を削減することができる。また、人工衛星Ｍによるパルス信号の送受信回数を削減できるため、人工衛星Ｍから地上局Ｇへとダウンリンクされるデータ量も少なくすることができる。

【0051】

以上説明した実施形態によれば、合成開口処理において、観測位置に対してカトリ・ラオ積拡張を行うことで、仮想的に観測位置を設定（補間）したり、観測信号に対してカトリ・ラオ積拡張を行うことで、観測信号を仮想的に増やし拡張したりする。これによって、センシングの自由度と分解能を向上させることができる。

【0052】

また、上述した実施形態によれば、カトリ・ラオ積拡張の際に、最低冗長アレーとなるように観測位置又は観測信号を間引くため、更にセンシングの自由度を向上させることができる。

【0053】

また、上述した実施形態によれば、カトリ・ラオ積拡張を行う際に、ＳＡＲ画像上において間引き処理によって出現し得る虚像を無視することができれば、更に、観測位置（又はその観測信号）をより多く間引くことができる。

【0054】

また、上述した実施形態によれば、間引かれた観測位置を人工衛星Ｍの軌道ＯＲ上から取り除くため、次の周回などにおいて、人工衛星Ｍによるパルス信号の送受信回数を削減できる。この結果、人工衛星Ｍ内での消費電力を削減したり、人工衛星Ｍから地上局Ｇへとダウンリンクされるデータ量を少なくしたりすることができる。

【0055】

また、上述した実施形態によれば、地球周回軌道などの軌道ＯＲを航行する人工衛星Ｍに対して間引き処理を適用するため、カトリ・ラオ積拡張の計算を簡単にしつつ、更に、冗長性を低減することができる。

【0056】

図７は、人工衛星Ｍが軌道ＯＲに沿って航行している様子を模式的に表す図である。図示のように、地表面からはるか上空を航行する人工衛星Ｍの軌道ＯＲはわずかに曲線（弧の形状）を描くことになる。一般的に、一直線上では、カトリ・ラオ積拡張を計算する際に、観測位置を等間隔で間引くよりも不規則（ランダム）に間引いた方が冗長性が低下して虚像が発生しにくいことが知られている。これに対して、本実施形態では、観測位置が曲線形状である軌道ＯＲ上に存在するため、観測位置を等間隔で間引いたとしても、補間される仮想的な観測位置がアジマス方向に関して不規則に配置されるため、規則的に間引くときに比べてカトリ・ラオ積拡張の計算を簡単にすることができ、更に冗長性を低下させて虚像が発生しにくくさせることができる。

【0057】

（その他の実施形態）
以下のその他の実施形態について説明する。上述した信号処理装置２００の航法補間部２３４は、観測位置の冗長性が最も低くなるように観測位置を間引く際に、複数のターゲットＴと複数の観測位置との其々の相対的な位置の対応関係をデータベース化し、そのデータベースを記憶部２４０に記憶されてよい。更に、航法補間部２３４は、記憶部２４０に記憶されたデータベースを更新してよい。これによって、アンテナを搭載した人工衛星Ｍが複数の観測位置を航行する際において、常に最適な観測を行うことできる。

【0058】

また、上述した航法補間部２３４は、合成開口処理により特定されたターゲットＴに対して他の虚像が出現することを許容できる場合（ＳＡＲ画像上においてターゲットＴではない虚像が出現することを許容できる場合）、カトリ・ラオ積拡張が最低冗長となるように観測位置を不規則に補間し、その補間した不規則な観測位置を用いて再度合成開口処理を行ってよい。これによって、観測領域の一部分の解像度を向上させることができる。

【0059】

また、上述した実施形態では、人工衛星Ｍが移動しながらターゲットＴを観測するもの、つまり、人工衛星ＭがターゲットＴに対して相対的に移動する場合について説明したがこれに限られない。例えば、レーダ装置１００が地上局Ｇに搭載されたとする。この場合、地上局ＧはターゲットＴを定点観測することになる。ターゲットＴが地上局Ｇに対して相対的に移動する際に、地上局ＧがターゲットＴを複数回にわたって観測するような場合であっても、合成開口処理の際に、移動体であるターゲットＴの移動方向に関してカトリ・ラオ積拡張を適用してよい。また、人工衛星Ｍが定点観測可能な準天頂衛星等である場合であっても、合成開口処理の際に、移動体であるターゲットＴの移動方向に関してカトリ・ラオ積拡張を適用してよい。

【0060】

また、レーダ装置１００が船舶等に搭載され、アンテナ１１０が全周を回転しながら、ターゲットＴを観測するような場合にも、合成開口処理の際に、移動体であるターゲットＴの移動方向に関してカトリ・ラオ積拡張を適用してよい。つまり、レーダ装置１００を搭載したプラットフォームがターゲットＴを定点観測する際において、そのレーダ装置１００のアンテナ１１０の電波の放射方向と、ターゲットＴの存在方向（プラットフォームからみてターゲットＴが存在する方向）との相対的な位置関係が変動する場合、合成開口処理の際に、移動体であるターゲットＴの移動方向に関してカトリ・ラオ積拡張を適用してよい。

【0061】

［付記］
上記説明した実施形態は、以下のように表現することができる。
アンテナを搭載したプラットフォームがターゲットを観測する際に、複数の観測位置の其々において前記アンテナにより受信された観測信号に基づき、合成開口処理を行う処理部を備え、
前記処理部は、（ｉ）前記プラットフォームと前記ターゲットとの相対的な位置関係が変動する場合、又は（ｉｉ）前記プラットフォームが定位置から前記ターゲットを観測する際において、前記アンテナの電波の放射方向と前記プラットフォームからみて前記ターゲットが存在する方向との相対的な位置関係が変動する場合、前記合成開口処理において、前記観測位置に対してカトリ・ラオ積拡張を行うことで、非観測位置に前記観測位置を仮想的に設定する、
信号処理装置。

【0062】

以上、本発明を実施するための形態について実施形態を用いて説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形及び置換を加えることができる。

【符号の説明】

【0063】

１…リモートセンシングシステム、Ｓ…人工衛星、Ｇ…地上局、１００…レーダ装置、１１０…アンテナ、１２０…送受信器、１３０…送受信制御部、１４０…記憶部、２００…信号処理装置、２１０…アンテナ、２２０…送受信器、２３０…処理部、２３２…合成開口処理部、２３４…航法補間部、２３６…送受信制御部、２４０…記憶部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】