(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】P2024143460
(43)【公開日】2024-10-11
(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 20060101AFI20241003BHJP
【ＦＩ】
G01S13/90 111
G01S13/90 141
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023056159
(22)【出願日】2023-03-30
(71)【出願人】
【識別番号】000004237
【氏名又は名称】日本電気株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100110928
【弁理士】
【氏名又は名称】速水 進治
(72)【発明者】
【氏名】田中 大地
【テーマコード（参考）】
5J070
【Ｆターム（参考）】
5J070AB08
5J070AE07
5J070AF08
5J070AH04
5J070AH31
5J070AH35
5J070AK40
5J070BE02
(57)【要約】
【課題】メモリ消費量や信号処理量の増加を抑制する。
【解決手段】信号処理装置１は、分割処理部１０と画像処理部２０とチャープ乗算部３０とを備えている。分割処理部１０は、反射信号を所定の時間間隔で分割処理する。画像処理部２０は、分割された後の信号データを用いて、第１座標系において画像化処理を実行する。第１座標系は、一方の軸が、飛翔体が照射するレーダーが散乱体を通過する時間を表す第１軸であり、他方の軸が、飛翔体がレーダーを照射する照射方向における飛翔体から散乱体までの時間又は距離を表す第２軸である。画像処理部２０により処理されて得られた第１信号データは、一方の軸が、第１軸の周波数領域に係る第３軸であり、他方の軸が第２軸の周波数領域に係る第４軸であるデータを含む。チャープ乗算部３０は、第１軸又は第３軸に係るチャープ関数を第１信号データに乗算する。チャープ乗算部３０は、第３軸に係る回り込みによる影響を除去してチャープ関数を乗算する。
【選択図】図９
【解決手段】信号処理装置１は、分割処理部１０と画像処理部２０とチャープ乗算部３０とを備えている。分割処理部１０は、反射信号を所定の時間間隔で分割処理する。画像処理部２０は、分割された後の信号データを用いて、第１座標系において画像化処理を実行する。第１座標系は、一方の軸が、飛翔体が照射するレーダーが散乱体を通過する時間を表す第１軸であり、他方の軸が、飛翔体がレーダーを照射する照射方向における飛翔体から散乱体までの時間又は距離を表す第２軸である。画像処理部２０により処理されて得られた第１信号データは、一方の軸が、第１軸の周波数領域に係る第３軸であり、他方の軸が第２軸の周波数領域に係る第４軸であるデータを含む。チャープ乗算部３０は、第１軸又は第３軸に係るチャープ関数を第１信号データに乗算する。チャープ乗算部３０は、第３軸に係る回り込みによる影響を除去してチャープ関数を乗算する。
【選択図】図９
【特許請求の範囲】
【請求項1】
飛翔体から照射されるレーダーに対する散乱体からの反射を表す反射信号を、所定の時間間隔で分割処理する分割処理手段と、
前記分割処理手段により分割された後の信号データを用いて、第１座標系において画像化処理を実行する画像処理手段と、を備え、
前記第１座標系は、一方の軸が、前記飛翔体が照射するレーダーが前記散乱体を通過する時間を表す第１軸であり、他方の軸が、前記飛翔体が前記レーダーを照射する照射方向における前記飛翔体から前記散乱体までの時間又は距離を表す第２軸であって、
前記照射方向は、前記飛翔体の進行方向と前記照射方向とで定義される面内において前記進行方向に垂直な方向に対して斜めに傾斜しており、
前記画像処理手段により処理されて得られた第１信号データは、一方の軸が、前記第１軸の周波数領域に係る第３軸であり、他方の軸が前記第２軸の周波数領域に係る第４軸であるデータを含み、
前記第１軸又は前記第３軸に係るチャープ関数を前記第１信号データに乗算するチャープ乗算手段をさらに備え、
前記チャープ乗算手段は、前記第３軸に係る回り込みによる影響を除去して前記チャープ関数を乗算する、信号処理装置。
前記分割処理手段により分割された後の信号データを用いて、第１座標系において画像化処理を実行する画像処理手段と、を備え、
前記第１座標系は、一方の軸が、前記飛翔体が照射するレーダーが前記散乱体を通過する時間を表す第１軸であり、他方の軸が、前記飛翔体が前記レーダーを照射する照射方向における前記飛翔体から前記散乱体までの時間又は距離を表す第２軸であって、
前記照射方向は、前記飛翔体の進行方向と前記照射方向とで定義される面内において前記進行方向に垂直な方向に対して斜めに傾斜しており、
前記画像処理手段により処理されて得られた第１信号データは、一方の軸が、前記第１軸の周波数領域に係る第３軸であり、他方の軸が前記第２軸の周波数領域に係る第４軸であるデータを含み、
前記第１軸又は前記第３軸に係るチャープ関数を前記第１信号データに乗算するチャープ乗算手段をさらに備え、
前記チャープ乗算手段は、前記第３軸に係る回り込みによる影響を除去して前記チャープ関数を乗算する、信号処理装置。
【請求項2】
請求項１に記載の信号処理装置において、
前記分割処理手段は、ＰＲＦ（Pulse Repetition Frequency）と、前記反射信号の、アジマス周波数の帯域幅との差を用いて、前記所定の時間間隔の幅を設定する、信号処理装置。
前記分割処理手段は、ＰＲＦ（Pulse Repetition Frequency）と、前記反射信号の、アジマス周波数の帯域幅との差を用いて、前記所定の時間間隔の幅を設定する、信号処理装置。
【請求項3】
請求項１又は２に記載の信号処理装置において、
前記チャープ乗算手段により処理されて得られた第２信号データのうち、前記第１座標系に基づいている第３信号データを取得し、前記第３信号データを、前記第１座標系とは異なる第２座標系に基づいている第４信号データに、前記チャープ乗算手段により処理された影響を除去してから変換する座標系変換手段をさらに備え、
前記第２座標系は、一方の軸が前記飛翔体と前記散乱体との距離が最も近づいたときの時間を表す軸であり、他方の軸が前記進行方向に前記垂直な方向における前記飛翔体から前記散乱体までの距離又は時間を表す軸である、信号処理装置。
前記チャープ乗算手段により処理されて得られた第２信号データのうち、前記第１座標系に基づいている第３信号データを取得し、前記第３信号データを、前記第１座標系とは異なる第２座標系に基づいている第４信号データに、前記チャープ乗算手段により処理された影響を除去してから変換する座標系変換手段をさらに備え、
前記第２座標系は、一方の軸が前記飛翔体と前記散乱体との距離が最も近づいたときの時間を表す軸であり、他方の軸が前記進行方向に前記垂直な方向における前記飛翔体から前記散乱体までの距離又は時間を表す軸である、信号処理装置。
【請求項4】
請求項１又は２に記載の信号処理装置において、
前記チャープ乗算手段により処理されて得られた第２信号データに紐づく画素データの位置情報を、前記チャープ乗算手段により処理された影響を除去してから、地球上での位置情報に変換する位置情報変換手段をさらに備える、信号処理装置。
前記チャープ乗算手段により処理されて得られた第２信号データに紐づく画素データの位置情報を、前記チャープ乗算手段により処理された影響を除去してから、地球上での位置情報に変換する位置情報変換手段をさらに備える、信号処理装置。
【請求項5】
１つ以上のコンピュータが、
飛翔体から照射されるレーダーに対する散乱体からの反射を表す反射信号を、所定の時間間隔で分割処理し、
分割された後の信号データを用いて、第１座標系において画像化処理を実行し、
前記第１座標系は、一方の軸が、前記飛翔体が照射するレーダーが前記散乱体を通過する時間を表す第１軸であり、他方の軸が、前記飛翔体が前記レーダーを照射する照射方向における前記飛翔体から前記散乱体までの時間又は距離を表す第２軸であって、
前記照射方向は、前記飛翔体の進行方向と前記照射方向とで定義される面内において前記進行方向に垂直な方向に対して斜めに傾斜しており、
画像化処理されて得られた第１信号データは、一方の軸が、前記第１軸の周波数領域に係る第３軸であり、他方の軸が前記第２軸の周波数領域に係る第４軸であるデータを含み、
前記第１軸又は前記第３軸に係るチャープ関数を前記第１信号データに乗算し、
前記第３軸に係る回り込みによる影響を除去して前記チャープ関数を乗算する、信号処理方法。
飛翔体から照射されるレーダーに対する散乱体からの反射を表す反射信号を、所定の時間間隔で分割処理し、
分割された後の信号データを用いて、第１座標系において画像化処理を実行し、
前記第１座標系は、一方の軸が、前記飛翔体が照射するレーダーが前記散乱体を通過する時間を表す第１軸であり、他方の軸が、前記飛翔体が前記レーダーを照射する照射方向における前記飛翔体から前記散乱体までの時間又は距離を表す第２軸であって、
前記照射方向は、前記飛翔体の進行方向と前記照射方向とで定義される面内において前記進行方向に垂直な方向に対して斜めに傾斜しており、
画像化処理されて得られた第１信号データは、一方の軸が、前記第１軸の周波数領域に係る第３軸であり、他方の軸が前記第２軸の周波数領域に係る第４軸であるデータを含み、
前記第１軸又は前記第３軸に係るチャープ関数を前記第１信号データに乗算し、
前記第３軸に係る回り込みによる影響を除去して前記チャープ関数を乗算する、信号処理方法。
【請求項6】
１つ以上のコンピュータに、
飛翔体から照射されるレーダーに対する散乱体からの反射を表す反射信号を、所定の時間間隔で分割処理する手順、
分割された後の信号データを用いて、第１座標系において画像化処理を実行する手順、
前記第１座標系は、一方の軸が、前記飛翔体が照射するレーダーが前記散乱体を通過する時間を表す第１軸であり、他方の軸が、前記飛翔体が前記レーダーを照射する照射方向における前記飛翔体から前記散乱体までの時間又は距離を表す第２軸であって、
前記照射方向は、前記飛翔体の進行方向と前記照射方向とで定義される面内において前記進行方向に垂直な方向に対して斜めに傾斜しており、
画像化処理されて得られた第１信号データは、一方の軸が、前記第１軸の周波数領域に係る第３軸であり、他方の軸が前記第２軸の周波数領域に係る第４軸であるデータを含み、
前記第１軸又は前記第３軸に係るチャープ関数を前記第１信号データに乗算する手順、
前記第３軸に係る回り込みによる影響を除去して前記チャープ関数を乗算する手順、を実行させるためのプログラム。
飛翔体から照射されるレーダーに対する散乱体からの反射を表す反射信号を、所定の時間間隔で分割処理する手順、
分割された後の信号データを用いて、第１座標系において画像化処理を実行する手順、
前記第１座標系は、一方の軸が、前記飛翔体が照射するレーダーが前記散乱体を通過する時間を表す第１軸であり、他方の軸が、前記飛翔体が前記レーダーを照射する照射方向における前記飛翔体から前記散乱体までの時間又は距離を表す第２軸であって、
前記照射方向は、前記飛翔体の進行方向と前記照射方向とで定義される面内において前記進行方向に垂直な方向に対して斜めに傾斜しており、
画像化処理されて得られた第１信号データは、一方の軸が、前記第１軸の周波数領域に係る第３軸であり、他方の軸が前記第２軸の周波数領域に係る第４軸であるデータを含み、
前記第１軸又は前記第３軸に係るチャープ関数を前記第１信号データに乗算する手順、
前記第３軸に係る回り込みによる影響を除去して前記チャープ関数を乗算する手順、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】
サブアパチャに分割する処理、及びチャープ関数を乗算する処理を含む、ＳＡＲ画像に関する技術が、特許文献１に開示されている。
【0003】
ＳＡＲセンサが移動する場合であっても、アジマスアンビギュイティが発生していないＳＡＲ画像を再生することができる技術が、特許文献２に開示されている。
【0004】
空中写真などの画像から建物の壁面座標を取得し、この壁面上の点群を利用して建物の輪郭を抽出しつつ数値表層モデルを作成する技術が、特許文献３に開示されている。
【0005】
ドップラー周波数の変位差分量がＰＲＦの半分よりも大きい観測点の数を減らせることができるレーダー信号処理装置に関する技術が、特許文献４に開示されている。
【0006】
ハイスクイントでのＳＡＲ画像の生成に関する技術が、特許文献５に開示されている。
【0007】
ＳＡＲ画像の生成手法におけるBaseband Azimuth Scalingに関する技術が、非特許文献１に開示されている。
【0008】
ＳＡＲ画像の生成手法におけるOmega-K Algorithmに関する技術が、非特許文献２に開示されている。
【0009】
ＳＡＲ画像の生成手法におけるSVD-Stoltに関する技術が、非特許文献３に開示されている。
【0010】
ＳＡＲ画像の生成手法におけるExtended Wavenumber domainに関する技術が、非特許文献４に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0011】
【特許文献1】国際公開第２００９／００３６２８号
【特許文献2】国際公開第２０１６／０６７４１９号
【特許文献3】特開２０１４－１０６１１８号公報
【特許文献4】特許第６９６１１３５号公報
【特許文献5】欧州特許出願公開第２６５０６９５号明細書
【非特許文献】
【0012】
【非特許文献1】Pau Prats, Rolf Scheiber, Josef Mittermayer, Adriano Meta,and Alberto Moreira, “Processing of Sliding Spotlight and TOPS SAR Data Using Baseband Azimuth Scaling”,［online］, IEEE TRANSACTIONS ON GEOSCIENCE AND REMOTE SENSING, VOL. 48, NO. 2, FEBRUARY 2010,［令和５年２月１５日検索］,インターネット<https://elib.dlr.de/59115/1/prats_TGRS2010_baseband_azimuth_scaling.pdf>
【非特許文献2】Ian G. Cumming, Frank H. Wong,“Digital Processing of Synthetic Aperture Radar Data ”,［online］, ARTECH HOUSE ,［令和５年２月１５日検索］,インターネット<https://www.researchgate.net/profile/Ahmed-Azouz/post/Could_anyone_suggest_good_and_simple_reference_for_synthetic_aperture_radar_SAR/attachment/623282a9d411a95e64e84e40/AS%3A1134416655056897%401647477415675/download/Digital+Processing+of+Synthetic+Aperture+Radar+Data_+Algorithms+and+Implementation-Artech+House+%282005%29.pdf>
【非特許文献3】D.D’Aria,A. Monti Guarnieri,”High resolution spaceborne SAR focusing by SVD-STOLT”,［online］,［令和５年１月１２日検索］,インターネット<https://www.researchgate.net/profile/Davide-Daria/publication/3449863_High-resolution_spaceborne_SAR_focusing_by_SVD-stolt/links/54e714e00cf277664ff7802f/High-resolution-spaceborne-SAR-focusing-by-SVD-stolt.pdf>
【非特許文献4】A.Reigber, E.Alivizatos, A.Potsis and A.Moreira,”Extended wavenumber-domain synthetic aperture radar focusing with integrated motion compensation”,［online］,IEE Proc.-Radar Sonar Navig.,Vol.153,No.3,June 2006,［令和５年１月１２日検索］,インターネット<https://www.researchgate.net/profile/Alberto-Moreira-2/publication/3357927_Extended_wavenumber-domain_synthetic_aperture_radar_focusing_with_integrated_motion_compensation/links/00b4951ccc4bb99e83000000/Extended-wavenumber-domain-synthetic-aperture-radar-focusing-with-integrated-motion-compensation.pdf>
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0013】
上記特許文献１において、ＳＡＲ（Synthetic Aperture Radar）画像に関する技術が開示されている。これらに記載のＳＡＲ画像生成手法において、飛翔体のスクイント角が大きくなると、飛翔体に係る情報処理（信号処理）において、メモリ消費量や情報処理量が増加する。
【0014】
本発明の目的の一例は、上述した課題を鑑み、メモリ消費量や信号処理量の増加を抑制する信号処理装置、信号処理方法、及びプログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0015】
本発明の一態様によれば、
飛翔体から照射されるレーダーに対する散乱体からの反射を表す反射信号を、所定の時間間隔で分割処理する分割処理手段と、
前記分割処理手段により分割された後の信号データを用いて、第１座標系において画像化処理を実行する画像処理手段と、を備え、
前記第１座標系は、一方の軸が、前記飛翔体が照射するレーダーが前記散乱体を通過する時間を表す第１軸であり、他方の軸が、前記飛翔体が前記レーダーを照射する照射方向における前記飛翔体から前記散乱体までの時間又は距離を表す第２軸であって、
前記照射方向は、前記飛翔体の進行方向と前記照射方向とで定義される面内において前記進行方向に垂直な方向に対して斜めに傾斜しており、
前記画像処理手段により処理されて得られた第１信号データは、一方の軸が、前記第１軸の周波数領域に係る第３軸であり、他方の軸が前記第２軸の周波数領域に係る第４軸であるデータを含み、
前記第１軸又は前記第３軸に係るチャープ関数を前記第１信号データに乗算するチャープ乗算手段をさらに備え、
前記チャープ乗算手段は、前記第３軸に係る回り込みによる影響を除去して前記チャープ関数を乗算する、信号処理装置が提供される。
飛翔体から照射されるレーダーに対する散乱体からの反射を表す反射信号を、所定の時間間隔で分割処理する分割処理手段と、
前記分割処理手段により分割された後の信号データを用いて、第１座標系において画像化処理を実行する画像処理手段と、を備え、
前記第１座標系は、一方の軸が、前記飛翔体が照射するレーダーが前記散乱体を通過する時間を表す第１軸であり、他方の軸が、前記飛翔体が前記レーダーを照射する照射方向における前記飛翔体から前記散乱体までの時間又は距離を表す第２軸であって、
前記照射方向は、前記飛翔体の進行方向と前記照射方向とで定義される面内において前記進行方向に垂直な方向に対して斜めに傾斜しており、
前記画像処理手段により処理されて得られた第１信号データは、一方の軸が、前記第１軸の周波数領域に係る第３軸であり、他方の軸が前記第２軸の周波数領域に係る第４軸であるデータを含み、
前記第１軸又は前記第３軸に係るチャープ関数を前記第１信号データに乗算するチャープ乗算手段をさらに備え、
前記チャープ乗算手段は、前記第３軸に係る回り込みによる影響を除去して前記チャープ関数を乗算する、信号処理装置が提供される。
【0016】
本発明の一態様によれば、
１つ以上のコンピュータが、
飛翔体から照射されるレーダーに対する散乱体からの反射を表す反射信号を、所定の時間間隔で分割処理し、
分割された後の信号データを用いて、第１座標系において画像化処理を実行し、
前記第１座標系は、一方の軸が、前記飛翔体が照射するレーダーが前記散乱体を通過する時間を表す第１軸であり、他方の軸が、前記飛翔体が前記レーダーを照射する照射方向における前記飛翔体から前記散乱体までの時間又は距離を表す第２軸であって、
前記照射方向は、前記飛翔体の進行方向と前記照射方向とで定義される面内において前記進行方向に垂直な方向に対して斜めに傾斜しており、
画像化処理されて得られた第１信号データは、一方の軸が、前記第１軸の周波数領域に係る第３軸であり、他方の軸が前記第２軸の周波数領域に係る第４軸であるデータを含み、
前記第１軸又は前記第３軸に係るチャープ関数を前記第１信号データに乗算し、
前記第３軸に係る回り込みによる影響を除去して前記チャープ関数を乗算する、信号処理方法が提供される。
１つ以上のコンピュータが、
飛翔体から照射されるレーダーに対する散乱体からの反射を表す反射信号を、所定の時間間隔で分割処理し、
分割された後の信号データを用いて、第１座標系において画像化処理を実行し、
前記第１座標系は、一方の軸が、前記飛翔体が照射するレーダーが前記散乱体を通過する時間を表す第１軸であり、他方の軸が、前記飛翔体が前記レーダーを照射する照射方向における前記飛翔体から前記散乱体までの時間又は距離を表す第２軸であって、
前記照射方向は、前記飛翔体の進行方向と前記照射方向とで定義される面内において前記進行方向に垂直な方向に対して斜めに傾斜しており、
画像化処理されて得られた第１信号データは、一方の軸が、前記第１軸の周波数領域に係る第３軸であり、他方の軸が前記第２軸の周波数領域に係る第４軸であるデータを含み、
前記第１軸又は前記第３軸に係るチャープ関数を前記第１信号データに乗算し、
前記第３軸に係る回り込みによる影響を除去して前記チャープ関数を乗算する、信号処理方法が提供される。
【0017】
本発明の一態様によれば、
１つ以上のコンピュータに、
飛翔体から照射されるレーダーに対する散乱体からの反射を表す反射信号を、所定の時間間隔で分割処理する手順、
分割された後の信号データを用いて、第１座標系において画像化処理を実行する手順、
前記第１座標系は、一方の軸が、前記飛翔体が照射するレーダーが前記散乱体を通過する時間を表す第１軸であり、他方の軸が、前記飛翔体が前記レーダーを照射する照射方向における前記飛翔体から前記散乱体までの時間又は距離を表す第２軸であって、
前記照射方向は、前記飛翔体の進行方向と前記照射方向とで定義される面内において前記進行方向に垂直な方向に対して斜めに傾斜しており、
画像化処理されて得られた第１信号データは、一方の軸が、前記第１軸の周波数領域に係る第３軸であり、他方の軸が前記第２軸の周波数領域に係る第４軸であるデータを含み、
前記第１軸又は前記第３軸に係るチャープ関数を前記第１信号データに乗算する手順、
前記第３軸に係る回り込みによる影響を除去して前記チャープ関数を乗算する手順、を実行させるためのプログラムが提供される。
１つ以上のコンピュータに、
飛翔体から照射されるレーダーに対する散乱体からの反射を表す反射信号を、所定の時間間隔で分割処理する手順、
分割された後の信号データを用いて、第１座標系において画像化処理を実行する手順、
前記第１座標系は、一方の軸が、前記飛翔体が照射するレーダーが前記散乱体を通過する時間を表す第１軸であり、他方の軸が、前記飛翔体が前記レーダーを照射する照射方向における前記飛翔体から前記散乱体までの時間又は距離を表す第２軸であって、
前記照射方向は、前記飛翔体の進行方向と前記照射方向とで定義される面内において前記進行方向に垂直な方向に対して斜めに傾斜しており、
画像化処理されて得られた第１信号データは、一方の軸が、前記第１軸の周波数領域に係る第３軸であり、他方の軸が前記第２軸の周波数領域に係る第４軸であるデータを含み、
前記第１軸又は前記第３軸に係るチャープ関数を前記第１信号データに乗算する手順、
前記第３軸に係る回り込みによる影響を除去して前記チャープ関数を乗算する手順、を実行させるためのプログラムが提供される。
【発明の効果】
【0018】
本発明の一態様によれば、メモリ消費量や信号処理量の増加を抑制する信号処理装置、信号処理方法、及びプログラムが得られる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1】人工衛星が地表面にレーダーを照射する際の概略図である。
【図2】人工衛星が地表面の散乱体にレーダーを照射する様子の概略図である。
【図3】人工衛星に係る信号を説明するための概略図である。
【図4】２次元の格子のイメージ図である。
【図5】第１実施形態に係る信号処理装置の概要を示すブロック図である。
【図6】反射信号の分割処理について説明するための概略図である。
【図7】回り込みを説明するためのイメージ図である。
【図8】信号処理装置のハードウエア構成例を示す図である。
【図9】第１実施形態に係る信号処理装置の信号処理のフロー図である。
【図10】第２座標系（η－ρ系）での画像化処理を説明するための概略図である。
【図11】第１実施形態に係るチャープ乗算部の処理の詳細を示すフロー図である。
【図12】回り込みの考慮方法を説明するための図である。
【図13】第２実施形態に係るチャープ乗算部の処理の詳細を示すフロー図である。
【図14】第３実施形態に係る信号処理装置の概要を示すブロック図である。
【図15】第３実施形態に係る信号処理装置の処理を示すフロー図である。
【図16】ステップＳ４００の処理の詳細を示すフロー図である。
【図17】第４実施形態に係る信号処理装置の概要を示すブロック図である。
【図18】第４実施形態に係る信号処理装置の処理を示すフロー図である。
【図19】第４実施形態に係る位置情報変換部の処理の詳細を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【0020】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【0021】
合成開口レーダー（ＳＡＲ：synthetic Aperture Radar）技術は、飛翔体（人工衛星や飛行機等）が移動しながら、飛翔体に搭載されたアンテナが電磁波（レーダー）を送受信することにより、大きな開口を持ったアンテナの場合と等価な画像（ＳＡＲ画像）が得られるように人工的に開口を合成する技術である。以下、飛翔体として、人工衛星（ＳＡＲ衛星）を例にする。
【0022】
（用語定義）
図１は、人工衛星５が地表面Ｅにレーダーを照射する際の概略図である。図１を用いて、実施形態における用語の定義をする。地表面Ｅは、実際には凹凸を持った球面形状であるが、図１では簡易的に平面で地表面を表している。
図１は、人工衛星５が地表面Ｅにレーダーを照射する際の概略図である。図１を用いて、実施形態における用語の定義をする。地表面Ｅは、実際には凹凸を持った球面形状であるが、図１では簡易的に平面で地表面を表している。
【0023】
図１に示すＤＲ１は、人工衛星５の進行方向を示している。進行方向ＤＲ１に沿って描写されている平行四辺形の図形のそれぞれは人工衛星５を示している。そしてこれらにより、人工衛星５の移動軌跡が示されている。
【0024】
合成開口レーダーにおいては、複数の衛星位置から一定の広がり（幅）をもって（アンテナの視野角に依存）照射された電磁波の反射を合成することにより、ある衛星位置から仮に小さな広がり（幅）で照射された場合の電磁波の反射が算出される。その際の合成後の衛星位置のことをアジマス等と呼称する。実態として衛星位置との違いはないため、ここではアジマスと衛星位置とを区別しないことにする。すなわち、アジマス方向とは進行方向ＤＲ１のことである。
【0025】
図１に示すＤＲ２は、面Ｐ内において、アジマス方向ＤＲ１（＝進行方向ＤＲ１）に垂直な垂直方向である。垂直方向ＤＲ２は、ドップラーが０になる方向である。ドップラーが０になる方向を、ゼロドップラー（Zero Doppler）方向とも呼ぶ。以下、垂直方向ＤＲ２をゼロドップラー方向ＤＲ２ともよぶ。
【0026】
面Ｐは、アジマス方向ＤＲ１と照射方向ＤＲ３とで定義される面である。面Ｐは、ＳＡＲ画像の投影面でもある。詳しくは後述するが、面Ｐ（投影面上）に、ＳＡＲ画像の画素データが展開される。
照射方向ＤＲ３は、人工衛星５レーダーを照射する方向である。照射方向ＤＲ３は、人工衛星５のレーダーの中心が進行する方向である。照射方向ＤＲ３は、人工衛星５のアンテナが向く方向でもある。スクイントしている場合において、照射方向ＤＲ３は、ゼロドップラー方向ＤＲ２に対して斜めに傾斜して設けられている。以下、照射方向ＤＲ３をレンジ方向ＤＲ３とも呼ぶ。
照射方向ＤＲ３は、人工衛星５レーダーを照射する方向である。照射方向ＤＲ３は、人工衛星５のレーダーの中心が進行する方向である。照射方向ＤＲ３は、人工衛星５のアンテナが向く方向でもある。スクイントしている場合において、照射方向ＤＲ３は、ゼロドップラー方向ＤＲ２に対して斜めに傾斜して設けられている。以下、照射方向ＤＲ３をレンジ方向ＤＲ３とも呼ぶ。
【0027】
人工衛星５は、地表面Ｅに向けてレーダー（＝電磁波）を照射し、レーダーの反射を表す反射信号を受信する。人工衛星５のアンテナからレンジ方向ＤＲ３に照射したレーダーが撮影領域Ｒに当たり、跳ね返ってきたものについて、その位相の遅れや反射の強さ等が記録される。そして、当該反射信号に係るデータを用いて、ＳＡＲ画像が形成される。レーダーはアンテナの視野角に依存した一定の幅（広がり）を有しているため、地表面Ｅに向けて円錐状にレーダーが照射されることになる。図１の撮影領域Ｒは、地表面Ｅのうちレーダーが照射される領域を示している。
【0028】
ゼロドップラー方向ＤＲ２とレンジ方向ＤＲ３とがなす角をスクイント角θｓｑとする。スクイント角θｓｑは、ゼロドップラー方向ＤＲ２に対するアンテナの傾きを示している。レンジ方向ＤＲ３は、ゼロドップラー方向ＤＲ２に対してθｓｑ傾斜している。スクイント角θｓｑがおおよそ５度を超える場合をハイスクイントとする。代表スクイント角とは、例えば、ある衛星軌道において、人工衛星５のスクイント角のうち最もアンテナが向いていた時間が大きいスクイント角である。
【0029】
一般的に、ＳＡＲ画像の画像形成において、ゼロドップラー方向とレンジ方向とを近似的に同一みなして扱うことが多い。しかし、ハイスクイントの場合にはゼロドップラー方向とレンジ方向との向きの違いを無視することができないため、明確に区別して扱うことが好ましい。少なくとも本願の実施形態においては、ゼロドップラー方向ＤＲ２とレンジ方向ＤＲ３とを区別して扱う。
【0030】
（座標系についての説明）
図２は、人工衛星５が地表面Ｅの散乱体Ｎにレーダーを照射する様子の概略図である。散乱体Ｎは、地表面Ｅにある仮想的な点を表したものであり、レーダーの照射を受けて、種々の方向にレーダー反射させる点である。図２では、地表面Ｅの撮影領域Ｒにある散乱体Ｎに人工衛星５がレーダーを照射した際の様子を示している。図２を用いて、本明細書で扱う座標系について説明する。
図２は、人工衛星５が地表面Ｅの散乱体Ｎにレーダーを照射する様子の概略図である。散乱体Ｎは、地表面Ｅにある仮想的な点を表したものであり、レーダーの照射を受けて、種々の方向にレーダー反射させる点である。図２では、地表面Ｅの撮影領域Ｒにある散乱体Ｎに人工衛星５がレーダーを照射した際の様子を示している。図２を用いて、本明細書で扱う座標系について説明する。
【0031】
（第１座標系（ξ-ｒ系））
人工衛星５が照射するレーダーが散乱体Ｎを通過する時間をビーム通過アジマス時間（Beam crossing time)ξとし、ビーム通過アジマス時間ξにおいて、照射方向ＤＲ３における人工衛星５から散乱体Ｎまでの距離をレンジ距離ｒとする。
人工衛星５が照射するレーダーが散乱体Ｎを通過する時間をビーム通過アジマス時間（Beam crossing time)ξとし、ビーム通過アジマス時間ξにおいて、照射方向ＤＲ３における人工衛星５から散乱体Ｎまでの距離をレンジ距離ｒとする。
【0032】
ビーム通過アジマス時間ξは、人工衛星５ａが、レンジ方向ＤＲ３（＝照射方向ＤＲ３）において、ある散乱体Ｎの正面にきたときの時間でもある。ビーム通過アジマス時間ξは、スクイント角θｓｑを変えなかった場合（＝代表スクイント角）にアンテナ（レーダー）の真正面に散乱体Ｎが来る時刻である。上述したように、照射方向ＤＲ３は、ゼロドップラー方向ＤＲ２に対して、スクイント角θｓｑ傾斜している。
【0033】
そして、一方の軸をビーム通過アジマス時間ξとし、他方の軸をレンジ距離ｒとして展開される座標系を第１座標系（ξ-ｒ系）と呼ぶ。すなわち、本明細書中のξ-ｒ系とは、一方の軸が、人工衛星５が照射するレーダーが散乱体Ｎを通過する時間（ビーム通過アジマス時間ξ）を表す第１軸であり、他方の軸が、照射方向ＤＲ３における人工衛星５から散乱体Ｎまでの時間（レンジ時間τとよぶ、後述する）又は距離（レンジ距離ｒ）を表す第２軸である。第１軸は、ビーム通過アジマス時間軸と呼ぶ。ビーム通過アジマス時間軸は、ビーム通過アジマス時間ξに依存する軸である。第２軸は、レンジ時間軸又はレンジ距離軸と呼ぶ。レンジ時間軸は、レンジ時間τに依存する軸であり、レンジ距離軸は、レンジ距離ｒに依存する軸である。
【0034】
（第２座標系（η-ρ系））
人工衛星５ｂと散乱体Ｎとの距離が最も近づいたときの時間を最近接時間ηとし、最近接時間ηにおいて、ゼロドップラー方向ＤＲ２（垂直方向ＤＲ２）における人工衛星５ｂから散乱体Ｎまでの距離をゼロドップラーレンジ距離ρとする（図２参照）。最近接時間ηは、人工衛星５ｂが、ゼロドップラー方向ＤＲ２（＝垂直方向ＤＲ２）において、ある散乱体Ｎの正面にきたときの時間でもある。
人工衛星５ｂと散乱体Ｎとの距離が最も近づいたときの時間を最近接時間ηとし、最近接時間ηにおいて、ゼロドップラー方向ＤＲ２（垂直方向ＤＲ２）における人工衛星５ｂから散乱体Ｎまでの距離をゼロドップラーレンジ距離ρとする（図２参照）。最近接時間ηは、人工衛星５ｂが、ゼロドップラー方向ＤＲ２（＝垂直方向ＤＲ２）において、ある散乱体Ｎの正面にきたときの時間でもある。
【0035】
一方の軸を最近接時間ηとし、他方の軸をゼロドップラーレンジ距離ρとして展開される座標系を第２座標系（η-ρ系）と呼ぶ。すなわち、本明細書中のη-ρ系とは、一方の軸が人工衛星５ｂと散乱体Ｎとの距離が最も近づいたときの時間（最近接時間η）を表す軸であり、他方の軸がゼロドップラー方向ＤＲ２における人工衛星５ｂから散乱体Ｎまでの距離（ゼロドップラーレンジ距離ρ）又は時間（ゼロドップラーレンジ時間）を表す軸である。
【0036】
なお、図１に示すように平らな地表面Ｅとそれに平行となる直線である軌道に基づいて用語や座標系について説明してきたが、球状の地表面Ｅ、曲線状の衛星軌道に対しても、当該用語や座標系の定義は同様である。また、曲面である地表面と曲線である衛星軌道とによって取得されたレーダー画像に対して、地表面を平面に衛星軌道を直線に近似してレーダー画像を取得できることは公知である。この近似幾何上でのスクイント角を実効スクイント角等と呼称するが、以下の説明では特にそれらを区別しない。
【0037】
図３は、人工衛星５に係る信号を説明するための概略図である。人工衛星５に搭載されたレーダーは、電磁波のパルス（パルス信号）を次々に観測領域（撮影領域Ｒ）に発射（照射）する。そして、観測領域から反射された反射信号を受信する。
【0038】
図３の左図は、人工衛星５が受信した反射信号の分布を表している。図３の左図は、ξ-ｒ系において、ある散乱体Ｎに対してレーダーを照射したときにおけるビーム通過アジマス時間ξと、レンジ時間τ（後述する）との関係を示した図である。図３の左図において、横軸はビーム通過アジマス時間軸を表している。
【0039】
図３の左図において、縦軸は、レンジ時間軸を表す。レンジ時間軸は、レンジ時間τに依存する軸であり、レンジ時間τは、レンジ距離ｒ離れた場所にパルスを発射してから反射信号（反射波）が受信されるまでの時間を表す。レンジ時間τは、レーダー信号が発射されたタイミングから当該レーダー信号に対する反射を表す反射信号を受信するまでの経過時間であるということもできる。なお、縦軸（レンジ時間軸）は、光速をレンジ時間τで乗算した値であるレンジ距離ｒの往復距離に係る軸（レンジ距離軸）で表されてもよいし、その往復距離を１/２にしたレンジ距離ｒに係る軸であらわされても良い。
【0040】
図３の左図の楕円状の領域Ｃの幅は反射信号の強度を表している。例えば、人工衛星５のレーダーの中心が散乱体Ｎの真正面にさしかかる時間（真正面を通過する時間）をビーム通過アジマス時間ξｐとする。ビーム通過アジマス時間ξｐでは、人工衛星５のレーダーの中心が散乱体Ｎの正面（中心）に当たっている時間なので、反射信号の強度は最も強い（ビーム通過アジマス時間ξｐにおける楕円状の領域Ｃの幅は最も大きい）。
【0041】
図３の右図は、図３の左図に係る反射信号データを周波数領域において２次元フーリエ変換した際のデータである。図３の右図の横軸は、ビーム通過アジマス時間ξを周波数領域に変換したビーム通過アジマス周波数ｆξに係る軸（以下、ビーム通過アジマス周波数軸とする）である。
【0042】
図３の右図の縦軸は、レンジ時間τを周波数領域に変換したレンジ周波数ｆτに係る軸（以下、レンジ周波数軸とする）である。レンジ周波数ｆτは、人工衛星５が照射するレーダーの周波数である。レンジ周波数ｆτにおける中心周波数ｆｃは、人工衛星５が照射するレーダー（電磁波）の周波数帯の中心の周波数であり、人工衛星５ごとに予め定められている。
【0043】
図３の領域Ｄは、反射信号をフーリエ変換した後のスペクトルＤである。スペクトルＤは、信号が存在する領域であるともいえる。ビーム通過アジマス周波数軸方向とレンジ周波数軸方向のそれぞれに、スペクトルＤの帯域が広がっている。第１座標系（ξ－ｒ系）が用いられる場合、スペクトルＤは、平行四辺形状になる。
【0044】
多数の散乱体Ｎに対して、図３の左図及び右図のような反射信号に係るデータの各々を集約することにより、ＳＡＲ画像が形成される。すなわち、図３の左図及び右図のような、レーダーの反射信号に係るデータは、画素データということもできる。画素データは、２次元の格子の各々に対して紐づけられた値である。
【0045】
図４は、２次元の格子のイメージ図である。図４では、一方の軸がビーム通過アジマス時間軸、他方の軸がレンジ時間軸である。図４のレンジ時間軸は、ゼロドップラー方向ＤＲ２に対して、スクイント角θｓｑ傾いている。
【0046】
図４に示す領域Ｋは、１つの格子Ｋを示している。１つの格子Ｋに対して、１つの散乱体Ｎに係るデータ（ビーム通過アジマス時間、レンジ時間、位相、振幅、信号強度など）が紐づいている。格子は、空間を分割する複数の縦の線と横の線との各々を意味する。格子で囲まれた平行四辺形のメッシュは画素に相当する。すなわち、ＳＡＲ画像は、多数のメッシュで構成される。２次元の格子は、図１に示す投影面（面Ｐ）内における座標系を示している。
【0047】
図４のように格子Ｋの２軸をビーム通過アジマス時間軸、及びゼロドップラー方向ＤＲ２に対してスクイント角θｓｑ傾いたレンジ時間軸とすることにより、２次元の各格子Ｋが、ビーム通過アジマス時間ξ、及びレンジ時間τに紐づける形で、各散乱体Ｎの位相と絶対値（振幅や信号強度とも言う）を画素データとして記録する（記憶部３に記憶する）。また、格子Ｋが、図３の左図の反射信号（楕円状の領域Ｃ）と対応しているとすると、格子Ｋは、図３の左図の反射信号に係るビーム通過アジマス時間ξ、レンジ時間τ、各散乱体Ｎの位相と絶対値とを、画素データとして記憶している。
【0048】
図３右図の平行四辺形状の領域Ｄにおいては、当該格子の２軸をビーム通過アジマス周波数軸、及びレンジ周波数軸とすることにより、２次元の各格子が画素データとして、レンジ周波数ｆτ、及びビーム通過アジマス周波数ｆξに紐づける形で、各散乱体Ｎの位相や絶対値を画素データとして記録する。
【0049】
＜第１実施形態＞
図５は、第１実施形態に係る信号処理装置１の概要を示すブロック図である。信号処理装置１は、分割処理部１０、画像処理部２０、及びチャープ乗算部３０を備えている。
図５は、第１実施形態に係る信号処理装置１の概要を示すブロック図である。信号処理装置１は、分割処理部１０、画像処理部２０、及びチャープ乗算部３０を備えている。
【0050】
（分割処理部１０）
分割処理部１０は、反射信号を、所定の時間間隔で分割処理する。反射信号は、人工衛星５から照射されるレーダーに対する散乱体Ｎからの反射を表す信号である。反射信号は、記憶部３に記憶されていてもよく、分割処理部１０が人工衛星５から受信した直後の信号であってもよい。
分割処理部１０は、反射信号を、所定の時間間隔で分割処理する。反射信号は、人工衛星５から照射されるレーダーに対する散乱体Ｎからの反射を表す信号である。反射信号は、記憶部３に記憶されていてもよく、分割処理部１０が人工衛星５から受信した直後の信号であってもよい。
【0051】
図６は、反射信号の分割処理について説明するための概略図である。図６の黒塗りの領域Ｈが反射信号の領域である。横軸がアジマス時間（反射信号Ｈを表す系におけるアジマス時間を、以下単にアジマス時間ξと呼ぶ）、縦軸がアジマス周波数ｆξ（反射信号Ｈを表す系におけるアジマス周波数を、以下単にアジマス周波数ｆξと呼ぶ）で、反射信号Ｈをプロットすると図６のように表現される。分割処理部１０は、反射信号を、アジマス時間軸方向において、所定の時間間隔で分割処理する。分割処理部１０は、反射信号を、アジマス時間における所定の時間間隔で分割処理する。
【0052】
（分割幅について）
第１実施形態において、分割処理部１０は、ＰＲＦ（Pulse Repetition Frequency）と、反射信号Ｈの、アジマス周波数ｆξの帯域幅Ｂ（図６参照）との差を用いて、上記所定の時間間隔の幅を設定する。
第１実施形態において、分割処理部１０は、ＰＲＦ（Pulse Repetition Frequency）と、反射信号Ｈの、アジマス周波数ｆξの帯域幅Ｂ（図６参照）との差を用いて、上記所定の時間間隔の幅を設定する。
【0053】
人工衛星５は、レーダーを所定の間隔で発射しているが、当該所定の間隔に対応する周波数がＰＲＦ（Pulse Repetition Frequency）である。一般的に、ＰＲＦは信号処理におけるサンプリングレートと同じである。偽像が発生する場合があるので、一般的に、信号処理をするにあたっては、ＰＲＦよりも小さい帯域幅を扱う。ＰＲＦの定義は、非特許文献１に記載されているものと同様である。
【0054】
分割処理部１０は、以下の式（１）を用いて、反射信号Ｈの分割幅Ｔ（所定の時間間隔の幅）を設定する。
・・・（１）
【数1】
【0055】
分割処理部１０は、上記分割幅Ｔで、反射信号Ｈを複数に分割する。反射信号Ｈを分割した後のそれぞれのデータを以下、サブアパチャと呼ぶ。
【0056】
（画像処理部２０）
図５に戻り画像処理部２０は、分割処理部１０により分割された後の信号データ（サブアパチャ）を用いて、第１座標系（ξ－ｒ系）において画像化処理を実行する。画像処理部２０により処理されて得られた第１信号データは、一方の軸が、第１軸（ビーム通過アジマス時間軸）の周波数領域に係る第３軸（ビーム通過アジマス周波数軸）であり、他方の軸が第２軸（レンジ時間軸）の周波数領域に係る第４軸（レンジ周波数軸）であるデータを含んでいる。すなわち、画像処理部２０が出力するデータは、一方の軸が、ビーム通過アジマス周波数軸であり、他方の軸がビーム通過レンジ周波数軸であるデータを含んでいる。
図５に戻り画像処理部２０は、分割処理部１０により分割された後の信号データ（サブアパチャ）を用いて、第１座標系（ξ－ｒ系）において画像化処理を実行する。画像処理部２０により処理されて得られた第１信号データは、一方の軸が、第１軸（ビーム通過アジマス時間軸）の周波数領域に係る第３軸（ビーム通過アジマス周波数軸）であり、他方の軸が第２軸（レンジ時間軸）の周波数領域に係る第４軸（レンジ周波数軸）であるデータを含んでいる。すなわち、画像処理部２０が出力するデータは、一方の軸が、ビーム通過アジマス周波数軸であり、他方の軸がビーム通過レンジ周波数軸であるデータを含んでいる。
【0057】
画像処理部２０の画像化処理方法については、任意であるが、例えば、Omega-K Algorithm（非特許文献２参照）を用いて、画像化処理を行ってもよい。なお、画像化処理の方法はOmega-K Algorithmに限らず、Range Doppler Algorithm、Chirp Scaling Algorithm、SVD stolt（非特許文献３参照）、及びExtended Wave Number Domain（非特許文献４参照）でもよい。
【0058】
（Omega-K Algorithm）
非特許文献２を参照して、Omega-K Algorithmを用いた、ξ－ｒ系における画像化処理について説明する。非特許文献２のStolt mapping along the range frequency axisにおいて下記の処理を行うと記載されている。
非特許文献２を参照して、Omega-K Algorithmを用いた、ξ－ｒ系における画像化処理について説明する。非特許文献２のStolt mapping along the range frequency axisにおいて下記の処理を行うと記載されている。
【0059】
ｆ０を送信信号の中心周波数、ｆτを送信信号の周波数から中心周波数ｆ０を引いたもの、ｆξをアジマス周波数として、式（２）の位置にあるスペクトルを式（３）に移す（なお、非特許文献２におけるｆηをｆξとして記載している（図６で説明した「反射信号Ｈを表す系」を用いて記載している））。
・・・（２）
・・・（３）
【数2】
【数3】
【0060】
ｆ’τは新しく定義したレンジ周波数であり、この結果を逆フーリエ変換で時間領域に直すと、Zero Dopplerでのレンジ時間（本明細書でいうゼロドップラーレンジ時間）とアジマス時間（本明細書でいう最近接時間）で結像した結果が得られる。
【0061】
本願の第１座標系（ξ－ｒ系）において結像するには、式（４）の位置にあるスペクトルを式（５）に移す。
・・・（４）
・・・（５）
【数4】
【数5】
【0062】
これにより、第１座標系（ξ－ｒ系）において結像することになる。
【0063】
ここで、式（６）は、式（７）の式（８）まわりでの一次テイラー展開に相当する。
・・・（６）
・・・（７）
・・・（８）
【数6】
【数7】
【数8】
【0064】
また、式（９）は、ドップラーセンタと呼ばれるアジマスの帯域中心に相当する。
・・・（９）
【数9】
【0065】
つまり、上記の変換はｆξの一次関数としてあらわされる中で、所望の信号のアジマス帯域中心付近において、もとのレンジ周波数からのシフト量が小さくなるような変換である。そのため、本願におけるレンジ周波数ごとに異なる結合処理を実現する上で必要となる、レンジ周波数の変形が小さいという要件を満たす。
【0066】
すなわち、fτとf’τは近い量としてあつかうことが可能であり、以下のチャープ乗算内において、このように得られたレンジ周波数fτ’をもちいて諸々の処理を実現する。このことは、Omega-K Algorithm以外の他の画像化手法によってξ－ｒ系への画像化を実現した場合でも同様の効果があり、ほかの画像化手法によって得られた画像のレンジ軸にそって周波数領域に変換して得られるレンジ周波数はｆ'τと同様である。以下で述べるｆ'τは一般的にξ－ｒ系においてレンジｒに対応する周波数を指すこととする。
【0067】
（チャープ乗算部３０）
チャープ乗算部３０は、第１軸（ビーム通過アジマス時間軸）又は第３軸（ビーム通過アジマス周波数軸）に係るチャープ関数（チャープ波形、チャープ信号）を第１信号データ（画像処理部２０により処理されて得られる信号データ）に乗算する。
チャープ乗算部３０は、第１軸（ビーム通過アジマス時間軸）又は第３軸（ビーム通過アジマス周波数軸）に係るチャープ関数（チャープ波形、チャープ信号）を第１信号データ（画像処理部２０により処理されて得られる信号データ）に乗算する。
【0068】
チャープ乗算部３０が、チャープ関数をアジマス周波数領域で乗算し、アジマス時間領域に逆フーリエ変換し、もう一度チャープ関数を乗算し、アジマス周波数領域にフーリエ変換し、もう一度チャープ関数を乗算し、アジマス時間領域に逆フーリエ変換すると、拡大した画像が得られる。この処理を、サブアパチャ（分割処理部１０により分割された後の信号データ）のそれぞれに適切な順番で適用することで、高解像度のＳＡＲ画像の生成を行うことができる。
【0069】
第１実施形態において、チャープ乗算部３０は、第３軸（ビーム通過アジマス周波数軸）に係る回り込みによる影響を除去して、第１信号データにチャープ関数を乗算する。
【0070】
（回り込み）
図７は、回り込みを説明するためのイメージ図である。図７の左図のように、ＰＲＦが十分に大きい場合、スペクトルＤの全ての信号がサンプリング可能となる。すなわち、スペクトルＤ内の全ての信号を対象としてサンプリングしようとすると、スペクトルＤを包含する領域Ａを対象とする必要がある。なお、サンプリングは、ビーム通過アジマス周波数軸とレンジ周波数軸との２軸のそれぞれに沿って実行されるとする。
図７は、回り込みを説明するためのイメージ図である。図７の左図のように、ＰＲＦが十分に大きい場合、スペクトルＤの全ての信号がサンプリング可能となる。すなわち、スペクトルＤ内の全ての信号を対象としてサンプリングしようとすると、スペクトルＤを包含する領域Ａを対象とする必要がある。なお、サンプリングは、ビーム通過アジマス周波数軸とレンジ周波数軸との２軸のそれぞれに沿って実行されるとする。
【0071】
しかし、ＰＲＦが小さい場合（図７の右図）、スペクトルＤが巡回シフト（circular shift）したかのようになる。具体的には、領域Ｍ１の部分が、領域Ｍ１’の部分にシフトし、領域Ｍ２の部分が、領域Ｍ２’の部分にシフトする。本明細書ではこの現象を「回り込み」と表現する。
【0072】
離散フーリエ変換は、ある長さの離散信号を周波数領域に変換するものであって、同じ要素数を持つ配列に収める、配列から配列への変換である。二次元の配列のことを画像と呼ぶ。二次元のフーリエ変換、離散フーリエ変換、及び離散時間フーリエ変換は、二次元の各次元に対して一次元と同様のフーリエ変換の処理を行うことに相当する。
【0073】
このとき、出力として得られる配列の各要素番号がどの周波数に対応しているのかについては、エイリアシング等と呼ばれる現象によって一意には定まらなくなる。この現象の結果、高周波数の成分が小さなインデックスに、低周波数の成分が大きなインデックスに入ることが起こり、スペクトルを巡回シフト（circular shift）したかのようになるため、これを本明細書では「回り込み」と表現する。
【0074】
（ハードウエア構成例）
図８は、信号処理装置１のハードウエア構成例を示す図である。信号処理装置１は、バス１０１０、プロセッサ１０２０、メモリ１０３０、ストレージデバイス１０４０、入出力インタフェース１０５０、及びネットワークインタフェース１０６０を有する。
図８は、信号処理装置１のハードウエア構成例を示す図である。信号処理装置１は、バス１０１０、プロセッサ１０２０、メモリ１０３０、ストレージデバイス１０４０、入出力インタフェース１０５０、及びネットワークインタフェース１０６０を有する。
【0075】
バス１０１０は、プロセッサ１０２０、メモリ１０３０、ストレージデバイス１０４０、入出力インタフェース１０５０、及びネットワークインタフェース１０６０が、相互にデータを送受信するためのデータ伝送路である。ただし、プロセッサ１０２０などを互いに接続する方法は、バス接続に限定されない。
【0076】
プロセッサ１０２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＧＰＵ（Graphics Processing Unit）などで実現されるプロセッサである。
【0077】
メモリ１０３０は、ＲＡＭ（Random Access Memory）などで実現される主記憶装置である。
【0078】
ストレージデバイス１０４０は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、メモリカードなどのリムーバブルメディア、又はＲＯＭ（Read Only Memory）などで実現される補助記憶装置であり、記録媒体を有している。ストレージデバイス１０４０の記録媒体は信号処理装置１の各機能（例えば、分割処理部１０、画像処理部２０、及びチャープ乗算部３０）を実現するプログラムモジュールを記憶している。プロセッサ１０２０がこれら各プログラムモジュールをメモリ１０３０上に読み込んで実行することで、そのプログラムモジュールに対応する各機能が実現される。また、ストレージデバイス１０４０は信号処理装置１に接続された記憶部３として機能してもよい。
【0079】
入出力インタフェース１０５０は、信号処理装置１と各種入出力機器とを接続するためのインタフェースである。
【0080】
ネットワークインタフェース１０６０は、信号処理装置１をネットワークに接続するためのインタフェースである。このネットワークは、例えばＬＡＮ（Local Area Network）やＷＡＮ（Wide Area Network）である。ネットワークインタフェース１０６０がネットワークに接続する方法は、無線接続であってもよいし、有線接続であってもよい。信号処理装置１は、ネットワークインタフェース１０６０を介して人工衛星５と通信してもよい。
【0081】
【0082】
ステップＳ１００では、分割処理部１０は、反射信号を、図６に示すようにビーム通過アジマス時間軸において、所定の時間間隔で分割処理する。
【0083】
ステップＳ２００では、画像処理部２０は、分割処理部１０により分割された後の信号データ（サブアパチャ）を用いて、第１座標系（ξ－ｒ系）において画像化処理を実行する。
【0084】
図１０は、第２座標系（η－ρ系）での画像化処理を説明するための概略図である。図１０の横軸は、最近接時間ηを周波数領域に変換したアジマス周波数、縦軸は、ゼロドップラーレンジ時間を周波数領域に変換したゼロドップラーレンジ周波数である。なお、図１０の縦軸は、レンジ周波数で表されていてもよい。
【0085】
図１０の左図は、反射信号の二次元スペクトルを表している。図１０の左図の領域Ｓは、分割処理部１０により分割された後の信号データ（サブアパチャＳ）を示している。図１０の左図では、４つのサブアパチャＳがアジマス周波数軸に沿って並んでいる。
【0086】
図１０の右図は、画像処理部が第２座標系（η－ρ系）で画像化処理をした場合の図である。図１０の右図で示すように、第２座標系で画像化処理をした場合、画像処理後のスペクトルがスクイント角に依存した傾きを持つことになる。この場合、レンジ周波数ごとにチャープ乗算をしようとしても（後述する）、サブアパチャＳ’ごとにレンジ周波数の帯域が変わっているので、処理が非常に複雑になる。
【0087】
画像処理部２０が、分割処理部１０により分割された後の信号データ（サブアパチャ）を用いて、第１座標系（ξ－ｒ系）において画像化処理をすることで、画像化処理の後に出力されるスペクトルがスクイント角に依存した傾きを持つことを抑制することができる。そのため、レンジ周波数帯域ごとにチャープ乗算処理をしやすくなる。
【0088】
なお、図９のステップＳ２００において、画像処理部２０が最終的に出力するデータ（第１信号データ）は、一方の軸が、第３軸（ビーム通過アジマス周波数軸）であり、他方の軸が第４軸（レンジ周波数軸）であるデータを含んでいる。すなわち、画像処理部２０は、画像化処理の過程で、処理するデータをビーム通過アジマス周波数領域・レンジ周波数領域に変換する。
【0089】
第１実施形態において、画像処理部２０は、所定のアルゴリズムを用いて、画像化処理の最中で処理するデータをビーム通過アジマス周波数領域・レンジ周波数領域に変換しているが、画像化処理とビーム通過アジマス周波数領域・レンジ周波数領域に変換する処理とが分かれていてもよい。すなわち、画像処理部２０が画像化処理した後に、画像処理部２０が出力したデータを、画像処理部２０がビーム通過アジマス周波数領域・レンジ周波数領域にフーリエ変換してもよい。
【0090】
図９に戻りステップＳ３００では、チャープ乗算部３０は、第１軸（ビーム通過アジマス時間軸）又は第３軸（ビーム通過アジマス周波数軸）に係るチャープ関数を第１信号データ（画像処理部２０が出力するデータ）に乗算する。
【0091】
第１実施形態において、スクイントした際に顕著になるレンジ周波数ごとのシフト量の違いを打ち消すため、先行技術とは異なり、チャープ乗算部３０は、レンジ周波数ごとに異なる処理を行う。
【0092】
（チャープ乗算処理）
図１１は、第１実施形態に係るチャープ乗算部３０の処理の詳細を示すフロー図である。図１１を用いて、第１実施形態に係るチャープ乗算部３０の処理の詳細について説明する。ステップＳ３１０では、チャープ乗算部３０は、ビーム通過アジマス周波数領域におけるチャープ関数を第１信号データに乗算する。ステップＳ３１０のスケーリングチャープ乗算処理は、画像処理部２０により結像された像を拡大する処理であり、非特許文献１中においてそのパラメータがscaling Doppler rateやscaling rangeと呼ばれている二次の位相の挿入と同じ処理である。スケーリングチャープ乗算処理を行うことで、後述するサブアパチャの結合処理を実行することができる（像が小さいと結合できない）。
図１１は、第１実施形態に係るチャープ乗算部３０の処理の詳細を示すフロー図である。図１１を用いて、第１実施形態に係るチャープ乗算部３０の処理の詳細について説明する。ステップＳ３１０では、チャープ乗算部３０は、ビーム通過アジマス周波数領域におけるチャープ関数を第１信号データに乗算する。ステップＳ３１０のスケーリングチャープ乗算処理は、画像処理部２０により結像された像を拡大する処理であり、非特許文献１中においてそのパラメータがscaling Doppler rateやscaling rangeと呼ばれている二次の位相の挿入と同じ処理である。スケーリングチャープ乗算処理を行うことで、後述するサブアパチャの結合処理を実行することができる（像が小さいと結合できない）。
【0093】
スケーリングチャープ乗算処理の一例を以下に示す。
撮像領域中心と、撮影時刻中心の衛星位置との距離をｒｓｃとして、スケーリングチャープ乗算処理に関する式を以下の式（１０）のように示す。
・・・（１０）
なお、式（１０）以降の式は、第１座標系（ξ－ｒ系）において、表現されており、ｆτ、ｆ’τはレンジ周波数であり、ｆξはビーム通過アジマス周波数を示している。
チャープ乗算部３０では、レンジ周波数・ビーム通過アジマス周波数領域のスペクトルS2d (f'τ,fξ)に対して、チャープ関数が以下式（１１）のように表される。
・・・（１１）
式（１０）のgの関数にはｆξに対する定数項が入っているが、抜いても、後述するphase maintenanceの際に相殺すれば問題はない。したがって、式（１０）は以下のような式（１２）で表すことができる。
・・・（１２）
なお、f'τを定数とみなし、たとえば送信信号の周波数の中心で代表させることでｆ’τの影響を除去しても構わない。この場合、ステップＳ３２０以降の処理が簡易化できる場合がある。
撮像領域中心と、撮影時刻中心の衛星位置との距離をｒｓｃとして、スケーリングチャープ乗算処理に関する式を以下の式（１０）のように示す。
【数10】
なお、式（１０）以降の式は、第１座標系（ξ－ｒ系）において、表現されており、ｆτ、ｆ’τはレンジ周波数であり、ｆξはビーム通過アジマス周波数を示している。
チャープ乗算部３０では、レンジ周波数・ビーム通過アジマス周波数領域のスペクトルS2d (f'τ,fξ)に対して、チャープ関数が以下式（１１）のように表される。
【数11】
式（１０）のgの関数にはｆξに対する定数項が入っているが、抜いても、後述するphase maintenanceの際に相殺すれば問題はない。したがって、式（１０）は以下のような式（１２）で表すことができる。
【数12】
なお、f'τを定数とみなし、たとえば送信信号の周波数の中心で代表させることでｆ’τの影響を除去しても構わない。この場合、ステップＳ３２０以降の処理が簡易化できる場合がある。
【0094】
チャープ乗算部３０は、レンジ周波数ごとの処理として回り込み（図７参照）を考慮する。回り込みの考慮方法について以下に述べる。
【0095】
【0096】
各レンジ周波数における帯域はおよそ以下の式（１３）のように表される。
・・・（１３）
一方でアジマス離散フーリエ変換を行った場合、その離散サンプリングのレートによって回り込みが生じる。アップサンプリングが行われていない場合、離散サンプリングのレートはＰＲＦと同じなので、離散フーリエ変換結果の上において以下の式（１４）に現れるようになる。
・・・（１４）
ただし０以下になる部分、ＰＲＦ以上になる部分は回り込みを起こす。
【数13】
一方でアジマス離散フーリエ変換を行った場合、その離散サンプリングのレートによって回り込みが生じる。アップサンプリングが行われていない場合、離散サンプリングのレートはＰＲＦと同じなので、離散フーリエ変換結果の上において以下の式（１４）に現れるようになる。
【数14】
ただし０以下になる部分、ＰＲＦ以上になる部分は回り込みを起こす。
【0097】
よって、以下の式（１５）を満たすｆ’τに対しては、以下の式（１６）の整数部をＮとして、
・・・（１５）
・・・（１６）
離散フーリエ変換後の周波数である以下の式（１７）を、以下の式（１８）とみなし、
・・・（１７）
・・・（１８）
以下の式（１９）を、以下の式（２０）とみなして処理すればよい。
・・・（１９）
・・・（２０）
【数15】
【数16】
離散フーリエ変換後の周波数である以下の式（１７）を、以下の式（１８）とみなし、
【数17】
【数18】
以下の式（１９）を、以下の式（２０）とみなして処理すればよい。
【数19】
【数20】
【0098】
また、以下の式（２１）を満たすｆ’τに対しては、以下の式（２２）の整数部をＮとして、
・・・（２１）
・・・（２２）
離散フーリエ変換後の周波数である以下の式（２３）を、以下の式（２４）とみなし、
・・・（２３）
・・・（２４）
以下の式（２５）を、以下の式（２６）とみなして処理すればよい。
・・・（２５）
・・・（２６）
【数21】
【数22】
離散フーリエ変換後の周波数である以下の式（２３）を、以下の式（２４）とみなし、
【数23】
【数24】
以下の式（２５）を、以下の式（２６）とみなして処理すればよい。
【数25】
【数26】
【0099】
このようにして、チャープ乗算部３０は、第３軸（ビーム通過アジマス周波数軸）に係る回り込みによる影響を除去してチャープ関数を乗算する。
【0100】
図１１に戻りステップＳ３２０では、チャープ乗算部３０は、ステップＳ３１０の後のデータをビーム通過アジマス時間領域に逆フーリエ変換する。
【0101】
ステップＳ３３０では、チャープ乗算部３０は、サブアパチャの結合処理を実行する。
【0102】
ステップＳ３４０では、チャープ乗算部３０は、ビーム通過アジマス時間におけるチャープ関数を乗算する。ステップＳ３４０は、非特許文献１に示すDe-rotation処理と同様である。ステップＳ３４０のチャープ乗算処理（Derotation処理）は、スケーリングチャープ乗算処理の影響の一部を除去する処理である。
【0103】
Derotation処理の一例を以下に示す。スケーリングチャープ乗算処理で述べたＳscaled（ｆ’τ,ｆξ）を逆フーリエ変換でビーム通過アジマス時間領域に戻し、非特許文献１同様にビーム通過アジマス時間方向にサブアパチャを結合したデータに関する関数をＳjoin（ｆ’τ,ξ）とする。
【0104】
Derotation処理は、以下の式（２７）を用いて処理される。
・・・（２７）
ただし、ｇrot（ｆ’τ，ξ）は以下の式（２８）で表される。
・・・（２８）
【数27】
ただし、ｇrot（ｆ’τ，ξ）は以下の式（２８）で表される。
【数28】
【0105】
ステップＳ３５０では、チャープ乗算部３０は、ステップＳ３４０の後のデータをビーム通過アジマス周波数領域にフーリエ変換する。
【0106】
ステップＳ３６０では、チャープ乗算部３０は、ビーム通過アジマス周波数領域におけるチャープ関数を乗算する。ステップＳ３６０は、非特許文献１に示すAzimuth compression and weighting処理と同様である。ステップＳ３６０のチャープ乗算処理（Compression処理）は、Derotation処理でスケーリングチャープ乗算処理の影響のうち除去しきれなかったものを除去する処理である。
【0107】
Compression処理の一例を以下に示す。Ｓderot（ｆ’τ,ξ）をアジマス周波数領域にフーリエ変換したものをＳderot（ｆ’τ, ｆξ）とすると、Derotation処理は、以下の式（２９）を用いて処理される。
・・・（２９）
ただし、ｇcomp（ｆ’τ,ｆξ）は、以下の式（３０）で表される。
・・・（３０）
【数29】
ただし、ｇcomp（ｆ’τ,ｆξ）は、以下の式（３０）で表される。
【数30】
【0108】
ステップＳ３７０では、チャープ乗算部３０は、ステップＳ３６０の後に得られたデータをビーム通過アジマス時間領域に逆フーリエ変換する。
【0109】
ステップＳ３８０では、チャープ乗算部３０は、ビーム通過アジマス時間におけるチャープ関数を乗算する。ステップＳ３８０は、非特許文献１に示すPhase preservation処理で得られる効果を得るための処理である。ステップＳ３８０のチャープ乗算処理（Phase maintenance処理）は、位相の誤差を除去する処理である。
【0110】
Phase maintenance処理の一例を以下に示す。
Ｓcomp（ｆ’τ,ｆξ）をビーム通過アジマス時間領域に逆フーリエ変換したものをＳcomp（ｆ’τ,ξ）とすると、Phase maintenance処理は、以下の式（３１）を用いて処理される。
・・・（３１）
ただし、ｇmaintenance（ｆ’τ,ξ）は、以下の式（３２）で表される。
・・・（３２）
Ｓcomp（ｆ’τ,ｆξ）をビーム通過アジマス時間領域に逆フーリエ変換したものをＳcomp（ｆ’τ,ξ）とすると、Phase maintenance処理は、以下の式（３１）を用いて処理される。
【数31】
ただし、ｇmaintenance（ｆ’τ,ξ）は、以下の式（３２）で表される。
【数32】
【0111】
ステップＳ３９０では、チャープ乗算部３０は、ステップＳ３８０の後に得られるデータをレンジ時間領域に逆フーリエ変換する。以上のステップを経ることで、第１座標系に結像されたＳＡＲ画像の高解像度画像が得られる。
【0112】
以上、第１実施形態の信号処理装置１は、分割処理部１０と画像処理部２０とチャープ乗算部３０とを備えている。
【0113】
人工衛星５の送信信号が広帯域であって、かつ、スクイント角が大きい場合、送信信号の各周波数において生じるドップラーシフト量が著しく異なることになり、アジマス方向（進行方向）にエイリアシングを起こしやすい。エイリアシングの発生を抑制するためには、サンプリングレートを上げることが挙げられるが、サンプリングレートを上げると、メモリ消費量や信号処理量が増加する。
【0114】
しかし、分割処理部１０がビーム通過アジマス時間（衛星の移動時間）ごとに反射信号を区切って（サブアパチャ）画像化し、その画像化結果を再合成（図１１のステップＳ３３０）することで、各サブアパチャに対してはサンプリングレートを上げることなく処理することができる。これにより、メモリ消費量や信号処理量の増加を抑制することができる。
【0115】
また、画像処理部２０が第１座標系において画像化処理を実行することにより、結像後においてレンジ周波数の変化幅を小さくすることができるので、レンジ周波数ごとに処理しやすくなる。
【0116】
また、画像処理部２０により処理されて得られた第１信号データは、一方の軸が、ビーム通過アジマス周波数軸であり、他方の軸がレンジ周波数軸であるデータを含み、チャープ乗算部３０は、アジマス周波数軸に係る回り込みによる影響を除去してチャープ関数を乗算する。
【0117】
これにより、レンジ周波数領域で、チャープ乗算処理することができる。仮に、レンジ時間領域でチャープ乗算処理すると、回り込みが発生した場合に、回り込んだ信号が混ざり合って分離して処理できなくなる。レンジ周波数領域で、チャープ乗算処理する場合、サンプリングレート（ＰＲＦ）を小さく設定して回り込みが発生したとしても、チャープ乗算部３０が回り込みによる影響を除去してチャープ乗算処理を行うことができる。そのため、サンプリングレート（ＰＲＦ）を小さく設定することができる。したがって、メモリ消費量や信号処理量の増加を抑制することができる。
【0118】
さらに、分割処理部１０は、ＰＲＦ（Pulse Repetition Frequency）と、反射信号Ｈの、ビーム通過アジマス周波数軸に係る周波数の帯域幅Ｂとの差を用いて、所定の時間間隔の幅を設定する。これにより、分割処理部１０は、分割幅を効果的に設定することができる。
【0119】
＜第２実施形態＞
図１３は、第２実施形態に係るチャープ乗算部３０の処理の詳細を示すフロー図である。図１３を用いて、第２実施形態に係るチャープ乗算部３０の処理の詳細について説明する。第２実施形態に係る信号処理装置１は、第１実施形態に係る信号処理装置１と、チャープ乗算部３０の機能が異なっている。
図１３は、第２実施形態に係るチャープ乗算部３０の処理の詳細を示すフロー図である。図１３を用いて、第２実施形態に係るチャープ乗算部３０の処理の詳細について説明する。第２実施形態に係る信号処理装置１は、第１実施形態に係る信号処理装置１と、チャープ乗算部３０の機能が異なっている。
【0120】
図１３のフローについて、ほとんど第１実施形態と同じであるが、第２実施形態ではステップＳ３９０がなく、かつ、ステップＳ３２０の代わりにステップＳ３２１の処理がある。
【0121】
ステップＳ３１０からステップＳ３８０までの処理は、第１実施形態と同様である。ステップＳ３２１では、チャープ乗算部３０は、ステップＳ３１０の後のデータをビーム通過アジマス時間領域及びレンジ時間領域に逆フーリエ変換する。
【0122】
第１実施形態で説明したｆ’τの依存性を、回り込み以外の部分で無視すれば、第２実施形態に係る信号処理装置１においても、第１実施形態と同様の作用効果が奏される。
【0123】
＜第３実施形態＞
図１４は、第３実施形態に係る信号処理装置１の概要を示すブロック図である。第３実施形態に係る信号処理装置１は、第１実施形態に係る信号処理装置１と異なり、座標系変換部４０をさらに備えている。
図１４は、第３実施形態に係る信号処理装置１の概要を示すブロック図である。第３実施形態に係る信号処理装置１は、第１実施形態に係る信号処理装置１と異なり、座標系変換部４０をさらに備えている。
【0124】
座標系変換部４０は、チャープ乗算部３０により処理されて得られた第２信号データのうち、第１座標系に基づいている第３信号データを取得する。座標系変換部４０は、当該第３信号データを、第１座標系とは異なる第２座標系（η-ρ系）に基づいている第４信号データに変換する。座標系変換部４０は、チャープ乗算部３０により処理された影響を除去してから、当該第３信号データを当該第４信号データに変換する。座標系変換部４０の処理の詳細については後述する。
【0125】
（座標系変換処理）
図１５は、第３実施形態に係る信号処理装置１の処理を示すフロー図である。図１５を用いて、第３実施形態に係る信号処理装置１の信号処理について説明する。ステップＳ１００からステップＳ３００は第１実施形態と同様である。ステップＳ４００では、座標系変換部４０は、第１座標系（ξ－ｒ系）に基づいている第３信号データを、第２座標系（η-ρ系）に基づいている第４信号データに変換する。
図１５は、第３実施形態に係る信号処理装置１の処理を示すフロー図である。図１５を用いて、第３実施形態に係る信号処理装置１の信号処理について説明する。ステップＳ１００からステップＳ３００は第１実施形態と同様である。ステップＳ４００では、座標系変換部４０は、第１座標系（ξ－ｒ系）に基づいている第３信号データを、第２座標系（η-ρ系）に基づいている第４信号データに変換する。
【0126】
【0127】
ステップＳ４１０において、座標系変換部４０は、チャープ乗算部３０により処理されて得られた第２信号データのうち、第１座標系（ξ－ｒ系）に基づいている第３信号データを取得する。
【0128】
ステップＳ４２０において、座標系変換部４０は、チャープ乗算部３０のスケーリングチャープ乗算処理により拡大された像の拡大率を計算する。非特許文献１に記載されているように、スケーリングチャープ乗算処理により、ＳＡＲ画像はビーム通過アジマス軸方向に１／（１―ｒｓｃｌ／ｒｒｏｔ）倍に拡大されて再生されるので、その拡大率を計算する。
【0129】
ステップＳ４３０において、座標系変換部４０は、人工衛星５の各アジマス時間（アジマス位置）に対して、拡大率の逆数（１―ｒｓｃｌ／ｒｒｏｔ）を第３信号データに乗算して、縮小する。
【0130】
ステップＳ４４０において、座標系変換部４０は、実際の衛星位置と、縮小した後の衛星位置との相対位置に基づいて、各画素データの人工衛星５に対する位置情報（ξ-ｒ系）を各々算出する。画素データの人工衛星５に対する位置情報とは、画素データに対応する散乱体Ｎと、人工衛星５との距離（レンジ距離）、又はレンジ時間に関する情報である。
【0131】
ステップＳ４５０において、座標系変換部４０は、各画素データと人工衛星５との最近接距離及び最近接時間を算出する。最近接距離は、ある画素データに対応する散乱体Ｎと人工衛星５とが最も近づく際の距離である。すなわち、最近接距離は、η－ρ系における人工衛星５から散乱体Ｎまでの距離であり、ゼロドップラーレンジ距離ρである。最近接距離は、最近接時間における人工衛星５から散乱体Ｎまでの距離でもある。最近接時間は、人工衛星５が最近接距離にあるときの時間でもある。
【0132】
ステップＳ４６０において、座標系変換部４０は、第３信号データの座標系を第２座標系に基づいている第４信号データに変換する。座標系変換部４０は、ステップＳ４５０で算出した最近接時間に係る軸をアジマス時間軸、最近接距離に係る軸をゼロドップラーレンジ時間（距離）軸としてデータ変換する。このようにして、座標系変換部４０は、チャープ乗算部３０により処理された影響を除去してから、第３信号データに係るξ-ｒ系を、第４信号データに係るη－ρ系に変換する。
【0133】
以上、第３実施形態に係る信号処理装置１は、座標系変換部４０をさらに備えている。これにより、チャープ乗算処理の影響を除去して、ＳＡＲ画像の傾きを修正することができる。そのため、人の目でも見やすいＳＡＲ画像を生成することができる。
【0134】
＜第４実施形態＞
図１７は、第４実施形態に係る信号処理装置１の概要を示すブロック図である。第４実施形態に係る信号処理装置１は、第１実施形態に係る信号処理装置１と異なり、位置情報変換部５０をさらに備えている。
図１７は、第４実施形態に係る信号処理装置１の概要を示すブロック図である。第４実施形態に係る信号処理装置１は、第１実施形態に係る信号処理装置１と異なり、位置情報変換部５０をさらに備えている。
【0135】
位置情報変換部５０は、チャープ乗算部３０により処理されて得られた第２信号データに紐づく画素データの位置情報を、チャープ乗算部３０により処理された影響を除去してから、地球上での位置情報に変換する。画素データは、位置情報を保有している。当該位置情報は、当該画素データに対応する散乱体Ｎと人工衛星５とのレンジ距離ｒに関する情報を含む。
【0136】
（位置情報変換処理）
図１８は、第４実施形態に係る信号処理装置１の処理を示すフロー図である。図１８を用いて、第４実施形態に係る信号処理装置１の信号処理について説明する。ステップＳ１００からステップＳ３００は第１実施形態と同様である。ステップＳ５００では、位置情報変換部５０は、チャープ乗算部３０により処理された影響を除去してから、第２信号データに紐づく画素データの位置情報を、地球上での位置情報に変換する。
図１８は、第４実施形態に係る信号処理装置１の処理を示すフロー図である。図１８を用いて、第４実施形態に係る信号処理装置１の信号処理について説明する。ステップＳ１００からステップＳ３００は第１実施形態と同様である。ステップＳ５００では、位置情報変換部５０は、チャープ乗算部３０により処理された影響を除去してから、第２信号データに紐づく画素データの位置情報を、地球上での位置情報に変換する。
【0137】
図１９は、第４実施形態に係る位置情報変換部５０の処理の詳細を示すフロー図である。図１９を用いて、位置情報変換部５０の処理の詳細について説明する。前提として、ξ－ｒ系における結像結果、軌道データ、地形データ及びスクイント角が既知であるとする。
【0138】
ステップＳ５１０において、位置情報変換部５０は、チャープ乗算部３０により処理されて出力された第２信号データを、チャープ乗算部３０から取得する。
【0139】
ステップＳ５２０において、座標系変換部４０は、チャープ乗算部３０のスケーリングチャープ乗算処理により拡大された像の拡大率を計算する。第４実施形態においても同様に、非特許文献１に記載されているように、スケーリングチャープ乗算処理により、ＳＡＲ画像はアジマス方向に１／（１―ｒｓｃｌ／ｒｒｏｔ）倍に拡大されて再生されるので、その拡大率を計算する。
【0140】
ステップＳ５３０において、座標系変換部４０は、人工衛星５の各ビーム通過アジマス時間（アジマス位置）に対して、拡大率の逆数（１―ｒｓｃｌ／ｒｒｏｔ）を第２信号データに乗算して、縮小する。
【0141】
ステップＳ５４０において、位置情報変換部５０は、ξ－ｒ系において、各画素データに対応する、ビーム通過アジマス時間ξにおける人工衛星５の位置に関する情報と、人工衛星５の速度に関する情報（速度ベクトル）を、それぞれ取得する。位置情報変換部５０は、記憶部３に記憶された軌道データから当該人工衛星５の位置に関する情報及び当該人工衛星５の速度に関する情報を取得してもよいし、人工衛星５から直接取得してもよい。
【0142】
ステップＳ５５０において、位置情報変換部５０は、当該各画素データについて、人工衛星５の位置からの相対位置を、レンジ距離ｒを用いて算出する。
【0143】
ステップＳ５６０において、位置情報変換部５０は、ビーム通過アジマス時間ξにおける人工衛星５の速度ベクトルと平行な直線であって、人工衛星５のアジマス位置を通る直線を軸にして、各画素データに対応した場所を回転させ（回転半径は、レンジ距離ｒ）、各画素データに対応した場所が描く軌跡を算出する。
【0144】
ステップＳ５７０において、位置情報変換部５０は、当該軌跡と、地球とが交わる点をその画素データの地上位置とする。地球表面の位置データは、記憶部３に記憶された地形データより抽出してもよい。このようにして、位置情報変換部５０は、チャープ乗算部３０により処理された影響を除去（拡大率を計算し、拡大率の逆数を乗算して縮小）してから、第２信号データに紐づく画素データの位置情報を、地球上での位置情報に変換する。
【0145】
以上、第４実施形態に係る信号処理装置１は、位置情報変換部５０をさらに備えている。第４実施形態に係る信号処理装置１では、従来の座標系（η―ρ系）に変換する処理をすることなく、直接的に画素データの位置情報を、地球上での位置情報に変換することができる。そのため、簡易にＳＡＲ画像の傾きを修正することができる。
【0146】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
【0147】
なお、信号処理装置１は、１つのコンピュータにより実現されてもよい。また、信号処理装置１は、２つ以上のコンピュータにより実現されてもよい。例えば、信号処理装置１は、複数のコンピュータに信号処理装置１の各機能（分割処理部１０、画像処理部２０、及びチャープ乗算部３０）をそれぞれ任意に搭載させて実現されてもよい。
【0148】
また、上述の説明で用いた複数のフローチャートでは、複数の工程（処理）が順番に記載されているが、各実施形態で実行される工程の実行順序は、その記載の順番に制限されない。各実施形態では、図示される工程の順番を内容的に支障のない範囲で変更することができる。また、上述の各実施形態は、内容が相反しない範囲で組み合わせることができる。
【0149】
上記の実施形態の一部または全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下に限られない。
１． 飛翔体から照射されるレーダーに対する散乱体からの反射を表す反射信号を、所定の時間間隔で分割処理する分割処理手段と、
前記分割処理手段により分割された後の信号データを用いて、第１座標系において画像化処理を実行する画像処理手段と、を備え、
前記第１座標系は、一方の軸が、前記飛翔体が照射するレーダーが前記散乱体を通過する時間を表す第１軸であり、他方の軸が、前記飛翔体が前記レーダーを照射する照射方向における前記飛翔体から前記散乱体までの時間又は距離を表す第２軸であって、
前記照射方向は、前記飛翔体の進行方向と前記照射方向とで定義される面内において前記進行方向に垂直な方向に対して斜めに傾斜しており、
前記画像処理手段により処理されて得られた第１信号データは、一方の軸が、前記第１軸の周波数領域に係る第３軸であり、他方の軸が前記第２軸の周波数領域に係る第４軸であるデータを含み、
前記第１軸又は前記第３軸に係るチャープ関数を前記第１信号データに乗算するチャープ乗算手段をさらに備え、
前記チャープ乗算手段は、前記第３軸に係る回り込みによる影響を除去して前記チャープ関数を乗算する、信号処理装置。
２． １．に記載の信号処理装置において、
前記分割処理手段は、ＰＲＦ（Pulse Repetition Frequency）と、前記反射信号の、アジマス周波数の帯域幅との差を用いて、前記所定の時間間隔の幅を設定する、信号処理装置。
３． １．又は２．に記載の信号処理装置において、
前記チャープ乗算手段により処理されて得られた第２信号データのうち、前記第１座標系に基づいている第３信号データを取得し、前記第３信号データを、前記第１座標系とは異なる第２座標系に基づいている第４信号データに、前記チャープ乗算手段により処理された影響を除去してから変換する座標系変換手段をさらに備え、
前記第２座標系は、一方の軸が前記飛翔体と前記散乱体との距離が最も近づいたときの時間を表す軸であり、他方の軸が前記進行方向に前記垂直な方向における前記飛翔体から前記散乱体までの距離又は時間を表す軸である、信号処理装置。
４． １．から３．のいずれか１項に記載の信号処理装置において、
前記チャープ乗算手段により処理されて得られた第２信号データに紐づく画素データの位置情報を、前記チャープ乗算手段により処理された影響を除去してから、地球上での位置情報に変換する位置情報変換手段をさらに備える、信号処理装置。
５． １つ以上のコンピュータが、
飛翔体から照射されるレーダーに対する散乱体からの反射を表す反射信号を、所定の時間間隔で分割処理し、
分割された後の信号データを用いて、第１座標系において画像化処理を実行し、
前記第１座標系は、一方の軸が、前記飛翔体が照射するレーダーが前記散乱体を通過する時間を表す第１軸であり、他方の軸が、前記飛翔体が前記レーダーを照射する照射方向における前記飛翔体から前記散乱体までの時間又は距離を表す第２軸であって、
前記照射方向は、前記飛翔体の進行方向と前記照射方向とで定義される面内において前記進行方向に垂直な方向に対して斜めに傾斜しており、
画像化処理されて得られた第１信号データは、一方の軸が、前記第１軸の周波数領域に係る第３軸であり、他方の軸が前記第２軸の周波数領域に係る第４軸であるデータを含み、
前記第１軸又は前記第３軸に係るチャープ関数を前記第１信号データに乗算し、
前記第３軸に係る回り込みによる影響を除去して前記チャープ関数を乗算する、信号処理方法。
６． １つ以上のコンピュータに、
飛翔体から照射されるレーダーに対する散乱体からの反射を表す反射信号を、所定の時間間隔で分割処理する手順、
分割された後の信号データを用いて、第１座標系において画像化処理を実行する手順、
前記第１座標系は、一方の軸が、前記飛翔体が照射するレーダーが前記散乱体を通過する時間を表す第１軸であり、他方の軸が、前記飛翔体が前記レーダーを照射する照射方向における前記飛翔体から前記散乱体までの時間又は距離を表す第２軸であって、
前記照射方向は、前記飛翔体の進行方向と前記照射方向とで定義される面内において前記進行方向に垂直な方向に対して斜めに傾斜しており、
画像化処理されて得られた第１信号データは、一方の軸が、前記第１軸の周波数領域に係る第３軸であり、他方の軸が前記第２軸の周波数領域に係る第４軸であるデータを含み、
前記第１軸又は前記第３軸に係るチャープ関数を前記第１信号データに乗算する手順、
前記第３軸に係る回り込みによる影響を除去して前記チャープ関数を乗算する手順、を実行させるためのプログラム。
１． 飛翔体から照射されるレーダーに対する散乱体からの反射を表す反射信号を、所定の時間間隔で分割処理する分割処理手段と、
前記分割処理手段により分割された後の信号データを用いて、第１座標系において画像化処理を実行する画像処理手段と、を備え、
前記第１座標系は、一方の軸が、前記飛翔体が照射するレーダーが前記散乱体を通過する時間を表す第１軸であり、他方の軸が、前記飛翔体が前記レーダーを照射する照射方向における前記飛翔体から前記散乱体までの時間又は距離を表す第２軸であって、
前記照射方向は、前記飛翔体の進行方向と前記照射方向とで定義される面内において前記進行方向に垂直な方向に対して斜めに傾斜しており、
前記画像処理手段により処理されて得られた第１信号データは、一方の軸が、前記第１軸の周波数領域に係る第３軸であり、他方の軸が前記第２軸の周波数領域に係る第４軸であるデータを含み、
前記第１軸又は前記第３軸に係るチャープ関数を前記第１信号データに乗算するチャープ乗算手段をさらに備え、
前記チャープ乗算手段は、前記第３軸に係る回り込みによる影響を除去して前記チャープ関数を乗算する、信号処理装置。
２． １．に記載の信号処理装置において、
前記分割処理手段は、ＰＲＦ（Pulse Repetition Frequency）と、前記反射信号の、アジマス周波数の帯域幅との差を用いて、前記所定の時間間隔の幅を設定する、信号処理装置。
３． １．又は２．に記載の信号処理装置において、
前記チャープ乗算手段により処理されて得られた第２信号データのうち、前記第１座標系に基づいている第３信号データを取得し、前記第３信号データを、前記第１座標系とは異なる第２座標系に基づいている第４信号データに、前記チャープ乗算手段により処理された影響を除去してから変換する座標系変換手段をさらに備え、
前記第２座標系は、一方の軸が前記飛翔体と前記散乱体との距離が最も近づいたときの時間を表す軸であり、他方の軸が前記進行方向に前記垂直な方向における前記飛翔体から前記散乱体までの距離又は時間を表す軸である、信号処理装置。
４． １．から３．のいずれか１項に記載の信号処理装置において、
前記チャープ乗算手段により処理されて得られた第２信号データに紐づく画素データの位置情報を、前記チャープ乗算手段により処理された影響を除去してから、地球上での位置情報に変換する位置情報変換手段をさらに備える、信号処理装置。
５． １つ以上のコンピュータが、
飛翔体から照射されるレーダーに対する散乱体からの反射を表す反射信号を、所定の時間間隔で分割処理し、
分割された後の信号データを用いて、第１座標系において画像化処理を実行し、
前記第１座標系は、一方の軸が、前記飛翔体が照射するレーダーが前記散乱体を通過する時間を表す第１軸であり、他方の軸が、前記飛翔体が前記レーダーを照射する照射方向における前記飛翔体から前記散乱体までの時間又は距離を表す第２軸であって、
前記照射方向は、前記飛翔体の進行方向と前記照射方向とで定義される面内において前記進行方向に垂直な方向に対して斜めに傾斜しており、
画像化処理されて得られた第１信号データは、一方の軸が、前記第１軸の周波数領域に係る第３軸であり、他方の軸が前記第２軸の周波数領域に係る第４軸であるデータを含み、
前記第１軸又は前記第３軸に係るチャープ関数を前記第１信号データに乗算し、
前記第３軸に係る回り込みによる影響を除去して前記チャープ関数を乗算する、信号処理方法。
６． １つ以上のコンピュータに、
飛翔体から照射されるレーダーに対する散乱体からの反射を表す反射信号を、所定の時間間隔で分割処理する手順、
分割された後の信号データを用いて、第１座標系において画像化処理を実行する手順、
前記第１座標系は、一方の軸が、前記飛翔体が照射するレーダーが前記散乱体を通過する時間を表す第１軸であり、他方の軸が、前記飛翔体が前記レーダーを照射する照射方向における前記飛翔体から前記散乱体までの時間又は距離を表す第２軸であって、
前記照射方向は、前記飛翔体の進行方向と前記照射方向とで定義される面内において前記進行方向に垂直な方向に対して斜めに傾斜しており、
画像化処理されて得られた第１信号データは、一方の軸が、前記第１軸の周波数領域に係る第３軸であり、他方の軸が前記第２軸の周波数領域に係る第４軸であるデータを含み、
前記第１軸又は前記第３軸に係るチャープ関数を前記第１信号データに乗算する手順、
前記第３軸に係る回り込みによる影響を除去して前記チャープ関数を乗算する手順、を実行させるためのプログラム。
【符号の説明】
【0150】
１ 信号処理装置
３ 記憶部
５ 人工衛星
５ａ 人工衛星
５ｂ 人工衛星
１０ 分割処理部
２０ 画像処理部
３０ チャープ乗算部
４０ 座標系変換部
５０ 位置情報変換部
ＤＲ１ 進行方向、アジマス方向
ＤＲ２ 垂直方向、ゼロドップラー方向
ＤＲ３ 照射方向、レンジ方向
Ｎ 散乱体
３ 記憶部
５ 人工衛星
５ａ 人工衛星
５ｂ 人工衛星
１０ 分割処理部
２０ 画像処理部
３０ チャープ乗算部
４０ 座標系変換部
５０ 位置情報変換部
ＤＲ１ 進行方向、アジマス方向
ＤＲ２ 垂直方向、ゼロドップラー方向
ＤＲ３ 照射方向、レンジ方向
Ｎ 散乱体
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】