JP2002514771A

JP2002514771A - レーダインターフェロメトリ装置

Info

Publication number: JP2002514771A
Application number: JP2000548747A
Authority: JP
Inventors: ディディエ、マソネ
Original assignee: サントル、ナショナル、デチュード、スパシアル
Priority date: 1998-05-13
Filing date: 1999-05-12
Publication date: 2002-05-21
Anticipated expiration: 2019-05-12
Also published as: DE69924204D1; FR2778747A1; WO1999058997A1; CA2296041A1; FR2778747B1; DE69924204T2; JP4649042B2; EP0996860A1; ATE291238T1; US6264143B1; CA2296041C; EP0996860B1

Abstract

(57)【要約】本発明は少なくとも１つの送信衛星（Ｅ）と受信衛星（Ｓ）の配列から成るレーダインターフェロメトリ装置に関する。複数の受信機は厳密に同期しており、その軌道は送信機の軌道とは異なる同一離心率を持つ。１軌道周期中、衛星は均一に分配された相対楕円Ｇに沿って回る。本発明は特に海流の測定、世界の地形測定、および微分インタフェロメトリにおいて有用なものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明はレーダインターフェロメトリ装置と、その用途に関する。

【０００２】ここ数年にわたって、レーダ画像は、特に以下の文献により示されているよう
に、複数のレーダ画像をコヒーレントに結合することにより利用できる、優れた
可能性により向上した。

【０００３】・R. GolsteinおよびH. Zebker、「海面海流のレーダインターフェロメトリ測定
」、Nature、328、707〜709、1987、・C. PratiおよびF. Rocca、「SAR複合調査による傾斜範囲の分解能向上」、IEE
E Trans. Aerospace Elec. Sys.、29、135〜143、1993、・H. ZebkerおよびR. Golstein、「SARインターフェロメトリ観測の地形図」、J
. Geophys. Res.、91、4993〜5001、1986、および・D. MassonnetおよびT. Rabaute、「レーダインターフェロメトリ：限界と可能
性」、IEEE Trans. Geosc. and Remote Sensing、31、455〜464、1993。

【０００４】本発明は、少なくとも１つのエミッタ衛星と、複数の受信衛星からなる少なく
とも１つの受信衛星配列とを有するレーダインターフェロメトリ装置において、複数の受信衛星は前記エミッタ衛星により照射される地面区域に向くように、
かつ、長軸は複数の衛星が正確に同期するように同一長さを持ち、焦点は受信衛星軌道の各々に対して同一であり、エミッタ衛星軌道の焦点間の
距離より長い距離により分離され、受信衛星軌道の離心率がエミッタ衛星軌道の
それとは異なり、近地点引数は360°にわたって均一に分配される数値を持ち、１軌道周期中に
受信衛星は数値が均一に分配される楕円を回り、楕円は、エミッタ衛星軌道が受信衛星軌道と同一の昇交点経度と同一の位相を
持っていた場合、エミッタ衛星が有することになる位置に中心付けられるように
選択される軌道上に配置されていることを特徴とするものである。。

【０００５】受信衛星はエミッタ衛星により照射される地面区域に永久的に向けることが好
ましいが、一部の用途では、受信衛星を規定通りにのみ、または任意のみにエミ
ッタ衛星により照射される区域に向けることができる。

【０００６】受動受信機の配列により、既存のレーダ衛星をソースとして使用することによ
り、全てのレーダオプションを実現することができる。提案された配列は受動的
な性質ということからして低コストである。

【０００７】エミッタ衛星は受信衛星と同期することが好ましい。

【０００８】配列は１つ以上の同心楕円軌道に配置された３つの受信衛星のうち、一つ以上の
群を持つことが好ましい。

【０００９】エミッタ衛星は、インプリメンテーションにより、配列の一部を形成できるか
、またはそれから独立することができる。

【００１０】レーダ受信機はエミッタ衛星により照射される地面区域からの信号を連続的に記
録するように設計され、手段が距離増加により構成された連続列状でこのように
記録された信号を再同期するために備えられることが好ましい。

【００１１】利点的に、エミッタ衛星はＥＲＳ−１、ＥＲＳ−２、Ｒａｄａｒｓａｔ、およ
びＪ．ＥＲＳ−１などのレーダ観測衛星の群から選択される。

【００１２】添付の図面を参照して本発明を以下に説明する。

【００１３】方位分解能図１と２では、Ｐ_１とＰ_２は２つのレーダ受信衛星を、Ｅはレーダエミッタ衛
星を、Ｔは地面のレーダ標的を示す。

【００１４】エミッタ衛星Ｅは、例えばＥＲＳ−１衛星から画像を作成する目的でパルスを
送受信する従来のレーダ衛星であり、その放射はＥと同一周期を持つ軌道上に位
置付けられた２つの受動受信衛星Ｐ_１とＰ_２により別の方法で使用される。

【００１５】衛星Ｅはそれ自身の要求事項に適した割合でレーダパルスを発する。これらの
パルスのパルス繰返し数はｐｒｆと記述する。２つのパルス間でＥ、Ｐ_１および
Ｐ_２は全て同一距離Ｄを移動する。ＥとＴ間の距離はＲである。ＥとＰ_１、Ｐ_２の中心間の距離はＸである。Ｐ_１とＰ_２間の距離はＢである。

【００１６】以下の計算により、衛星は速度ｖすなわちｖ＝ｐｒｆ＊Ｄ）にて直線軌道をた
どる。軌道曲率は若干理論結果を変更するが、その性質や大きさの程度は変更し
ない。同様に、非ゼロドップラーの写真を撮った時のように、ＥＴが速度に対し
て垂直でなかった場合、Ｔ上垂直にＥをＥ’に代え、それに従ってＸとＲを再定
義することにより同一理論が起こる。

【００１７】標的Ｔと、受信機Ｐ_１、Ｐ_２の各種距離は、電波で移動した行路がセグメント
（Ｅ，Ｔ）について共通のため、Ｅの位置によらない。以下、

【数１】この大きさにより受信機の間隔を定義し、信号標的からの行路長差が２つの連
続パルス間の波長以上に変更し、同一標的に対して、ｐｒｆ以上の２つの受信機
間のドップラー効果差が一致する。受信機が記録する信号は独立し、これらの位
相を結合することにより、干渉縞を発生するためには、もはや使用されない。対
照的に、信号を結合することにより、SPOTLIGHTモードと同じ手順を使用して、
受動技術により、分解能を２倍向上することができる。

【００１８】帯域ＣのＥＲＳ−１タイプの衛星について、Ｂ_Ｃは約１０ｋｍである。

【００１９】同一理論は３台以上の受信機に適用する。従って、３台の受信機を同一軌道上
、１０ｋｍ間隔で配置することにより、ＥＲＳ−１データを使用して２メートル
の分解能を得て、分解能を３倍向上することができる。

【００２０】軌道に沿うインターフェロメトリ受信機間の距離ＢがＢ_Ｃ’未満の場合、受信する信号は比率Ｂ／Ｂ_Ｃで独立す
るが、コヒーレントになる。特に、標的Ｔがある一定のドップラー値にて受信機
Ｐ_１により確認された場合、ＢがＢ_Ｃ未満であるとして受信機Ｐ_２による同一ド
ップラー値にて数秒後に現れる。より正確には、図２の記号を使用して、エミッ
タＥ、標的Ｔ、受信機Ｐ_１間の、１つのパルスから次のパルスまでの距離の変動
量は、以下の差になる。

【００２１】

【数２】受信機Ｐ_２について、標的Ｔが別の位置Ｄ_２占める一般のケースの場合、この
差は以下の差になる。

【００２２】

【数３】受信機の各々の同一ドップラー値の標的Ｔを観測するには、以下により条件を
求めることが必要である。

【００２３】 Δ_１＋Δ_２＝Δ_３＋Δ_４あるいは、 Δ_１−Δ_３＝Δ_４−Δ_２最初のオーダーについて、この条件は以下のように表される。

【数４】（Ｄ_２−Ｄ_１）はエミッタのアンテナにより照射された幅Ｚ未満とし、標的Ｔ
は両方の場合で照射される。

【００２４】実際、この方法についての限界は標的Ｔの継続時間にある。従って、海流につ
いては、標的は海面要素である。一時標的の寿命は０．１秒であり、例えば、以
下のように設定することが必要である。

【００２５】（Ｄ_２−Ｄ_１）＜０．1Ｖ距離分解能図３に示しているように、本構成は速度に対して垂直な面内にある。図はＥ、
Ｐ_１、Ｐ_２、および地面の２つの標的Ｔ_１、Ｔ_２を示す。図により、Ｅ、Ｐ_１、
Ｐ_２は同一軌道面を占めるが、絶対的に必須ではないものと仮定する。

【００２６】衛星Ｅはそれ自身の要求によりある一定の帯域にわたりレーダパルスを送信す
る。一致する臨界サンプリング周波数はｆ_ｅと記述する。ＥとＴ_１間の距離はＲ
である。ＥとＴ_２間の距離はＲ＋ｃ／（２ｆ_ｅ）である。Ｐ_１とＰ_２間の距離は
Ｂである。Ｔ_１とＯ間の距離はＸである。ＥとＯ間の距離はＨである。

【００２７】標的Ｔ_１と受信機Ｐ_１、Ｐ_２間の距離は、電波で移動した行路がセグメント（
Ｅ，Ｔ）について共通であるため、Ｅの位置によらない。以下、

【数５】波長λを使用して、臨界基線Ｂ_ＣＰの別のタイプを以下のように定義する。Ｂ_ＣＰ＝２ｆ_ｅλＲ^２／Ｈ_Ｃこの大きさにより、２つの連続サンプルの行路長差が波長以上変更する受信機
の垂直分離を定義する。以上のように、受信機が受信する信号は独立し、もはや
干渉縞が位相結合により発生できないようにする。対照的に、信号を結合するこ
とにより、距離分解能を２倍向上することができる。

【００２８】以下、長さＢ_Ｃと高さＢ_ＣＰ（図４と５）の軌道面の受信機に中心付けられた
領域は「インターフェロメトリ領域」と呼ぶ。

【００２９】ＥＲＳ−１タイプの帯域Ｃ衛星については、Ｂ_ＣＰは約５ｋｍである。同一理
論が３台以上の受信機に適用される。従って、垂直に５ｋｍ間隔で配置された３
台の受信機により、前記分解能が２０ｍのＥＲＳ−１データを使用して、行跡に
対して垂直に約６メートルの地面分解能を得ることができる。

【００３０】相対楕円Ｇの形状のため、利点的に、基線Ｂ_Ｃが多かれ少なかれ基線Ｂ_ＣＰの
２倍に等しく、すなわち、近似値として、ＨＰ_Ｄ＝２ＲＰ_Ａであり、Ｐ_ＤとＰ_Ａは距離と方位角ピクセルサイズである（それぞれｃ／（２ｆ_ｅ）とＤに等しい）
。説明したように、ＥＲＳ−１およびＥＲＳ−２衛星はこの条件を近似的に満足
する。Ｒａｄａｒｓａｔなどの衛星もまたこれを満足することができる。とにか
く、基線Ｂ_ＣとＢ_ＣＰは画像内で変更可能で、その数値は指示したように求めら
れる。

【００３１】本発明の状況では、データは小型アンテナ（マイクロ衛星と互換する）により
ピックアップできるということが受け入れられている。従って、距離と方位角の
点でレーダのアンビギティに対する画像孤立化はエミッタより劣り、電波を送信
する場合のみ受信機の画像で減少するアンビギティと比較して、アンビギティ寄
与率は電波が送信され戻って来る時に減少する。絶対的にいえば、エミッタアン
テナの特徴に依るため、距離と方位角のアンビギティ増加と関連して質の低下を
定量化することは困難である。しかし、アンビギティがコヒーレント結合に参加
しないことが認められる。画像のコヒーレント結合では、受信機からの画像が重
ねられる前段階が要求される。この重ね合わせは不明瞭でない主要画像に最適化
される。

【００３２】距離アンビギティに一致する、すなわち前のパルスのエコー（行跡に対して垂
直に遠ざかる）の連続、あるいは後のパルスのエコー（行跡の接近標的）の開始
から現れるゴースト画像は重ねられない。地形情報を行うようにするには、受信
機は若干オフセットである地点から観測するものとする。このオフセットに起因
する入射角変更は、臨界値を超えてはならなく、２つの画像の順次オフセットは
一般に１ピクセル当たり１波長未満のままとなる。従って、この相対オフセット
は搬送周波数に対するサンプリング周波数の比率、すなわち衛星次第で一般的に
０．３％〜１％未満のままとなる。このオフセットの下限値は地形効果を起こす
必要性に一致する。以上のように、極限値の１０分の１未満とはならない。従っ
て、画像間の相対オフセットが少なくとも０．３％〜０．１％に達するというこ
とが保証される。幾何学的に言うと、これは「臨界垂直基線」の１０分の１に等
しい回転半径を得ることになる。

【００３３】あいまい画像の実画像間の距離のピクセル数がパルス繰返し数に対するサンプ
リング周波数の比率に等しいため、その比率は１０，０００（ＥＲＳ−１の場合
）に等しく、相対オフセットを最小実数値とすると、あいまい画像は実画像同士
が一致しても距離の数十ピクセル分オフセットのままとなる。従って、距離アン
ビギティはコヒーレント結合を発生しない。

【００３４】数学的にいえば、レーダ搬送周波数をｆ_ｃ、距離サンプリング周波数をｆ_ｄ、
およびパルス送信周波数をｆ_ａとする。距離のアンビギティオフセットの概念を
考慮する。回転は垂直臨界基線（０＜α＜１）のα倍に設定する。このオフセッ
トはｎピクセルごとの１ピクセルに等しい。従って、ｎ＝（１／α）・（ｆ_ｃ／ｆ_ｄ）しかし、２つの連続パルス間のピクセルの差はｍ＝ｆ_ｄ／ｆ_ａに等しい。アン
ビギティに関する残留オフセットは、実画像が正確に位置付けられていると仮定
して、以下のようになる。

【００３５】ｍ／ｎ＝α＝ｆ_ｄ ^２／（ｆ_ｃｆ_ａ）ＥＲＳの場合では、周波数は４０であり、基線が臨界基線の１０分の１であっ
ても、オフセットはあいまい寄与率に対して４ピクセルになる。帯域Ｌ衛星につ
いては、これは１５０になる。

【００３６】アンビギティに対して不十分に補償された放物線移動の現象のため、方位角ア
ンビギティは公称画像より劣る分解能により特徴付けられる。ＥＲＳタイプの衛
星でさえも、放物線移動が特に低い場合、距離拡張は２．５ピクセルに一致する
。処理のミスマッチは方位角の同程度の大きさの劣化に繋がる。分解能電池が大
きいため、水平・垂直臨界基線はＥＲＳの場合の２．５分の１に減少する。この
構成は基線が臨界値の４０％に達するやいなや、方位角アンビギティはコヒーレ
ントに結合するのをやめる。

【００３７】かかる条件下、配列からのインターフェロメトリ結果に対する変更は、アンビ
ギティの非コヒーレント寄与率のみの結果となる。たとえアンビギティが統合力
の点で実画像の−１０ｄＢになっても、１サイクルの５％を超える標準偏差によ
り実画像の位相を損なえない。結果にバイアスを掛けられない条件下で、アンビ
ギティができることはノイズの追加である。

【００３８】ゼロドップラー（行跡に対して垂直な）にて観測するレーダにより、−１／２
ｆ_ａ〜＋１／２ｆ_ａの範囲で周波数が分析される。

【００３９】この観測範囲は減少した周波数の２乗に比例し、すなわち、 βｆ_ａ ^２／４であり、最も近い行路の距離に対する超過距離に一致する。なお、式中、βは超
過距離を距離ピクセル単位で表すようにしたレーダシステム特有の幾何学係数で
ある。ｆ_ａによる同一周波数オフセットにより起きた方位角アンビギティは、以
下の超過距離間で変更する。

【００４０】 βｆ_ａ ^２／４および β９ｆ_ａ ^２／４アンビギティが実画像と同一方法で処理されるため、その超過距離は補償される
。従って、０と２βｆ_ａ ^２の範囲にある残りの超過距離が残存する。あいまい標
的の「距離拡張」は公称標的の超過距離の最大値の８倍に達する。ＥＲＳ衛星に
ついては２．５距離ピクセル拡張する。Ｊ−ＥＲＳ１などの帯域Ｌ衛星の場合、
１５０ピクセルの拡張に達する。距離拡張はピクセル数の点で方位角の同程度の
拡張に繋がる。従って、あいまい標的は、パルス応答がかなり広く、従ってイン
ターフェロメトリ条件から素早く移動する「スポット」となる。例えば、Ｌ帯域
衛星の後ろに配置されたインターフェロメトリ配列により、垂直基線が臨界垂直
基線の１％に達する前に、方位角アンビギティを非コヒーレントにする。同様に
方位分解能の劣化は、水平臨界基線のため、インターフェロメトリ効果から素早
く移動する衛星をもたらす。

【００４１】垂直インターフェロメトリ受信機間の垂直距離ＢがＢ_ＣＰ’未満である場合、受信する信号は比率Ｂ／Ｂ _ＣＰ’ により独立するか、あるいは行跡に沿ったインターフェロメトリに対して
発生するものと同様にコヒーレントになる。受信機が得る２つの画像の位相を比
較することにより、地域の地形を計算することができる。地形感度はアンビギテ
ィ高度により表され、近似的的ではあるが、次のように与えられる。

【００４２】ｈ_ａ＝λＲ／Ｂ本発明の装置図４と５は、相互同期の受信衛星Ｓの本発明の配列を示し、エミッタ衛星に対
して等時性であった、エミッタ衛星が占めた位置の回りの軌道周期についての楕
円Ｇを説明し、離心率を変更していない軌道を説明するものである。

【００４３】軌道に沿った受信衛星の近地点引数の正規分布により、楕円上の正式な位置を
占める受信衛星をもたらし、中心から見て、楕円は一定速度で回る。

【００４４】楕円の小半径ｒ（すなわち、垂直半径）は受信機の追加離心率ｅと、ｒ＝ａ・
ｅの関係によりエミッタの軌道の半長軸ａと関連する。楕円の大半径（水平半径
）は小半径の２倍である。

【００４５】衛星は一定角速度で楕円を回るため、水平拡張が２倍となった円形として考慮
される。従って、円形由来の水平距離は２を掛ける必要がある。

【００４６】２つの受信衛星から成る配列により、本発明が提供した可能性の全てを表すこ
とができるが、インターフェロメトリ楕円の回りの衛星位置により、衛星は時折
一部の用途を可能にする「積重ね状態」、あるいはその他の用途を可能にする「
並列状態」になるため、性能の全ては表せない。この配列が３つの衛星を持つ場
合、完全な幾何学効率に達し、全ての用途が連続して行われるようになる。

【００４７】円形に対して、３つの受信衛星Ｓ_１、Ｓ_２、Ｓ_３が正三角形の頂点を占める場
合、垂直・水平基線は非常に狭い限界内で変更する。円形上の衛星位置は、時間
ｔの関数として、それぞれ以下のようになる。

【００４８】Ｘ_１＝ r cos（２πｔ／Ｔ）Ｙ_１＝ｒ sin（２πｔ／Ｔ）Ｘ_２＝ r cos（２πｔ／Ｔ＋π／３）Ｙ_２＝ｒ sin（２πｔ／Ｔ＋π／３）Ｘ_３＝ r cos（２πｔ／Ｔ＋２π／３）Ｙ_３＝ｒ sin（２πｔ／Ｔ＋２π／３）式中、Ｔは軌道周期（Ｅと等時性）であり、ｒは受信機の全てが軌道周期中に回
る「インターフェロメトリ回転」の半径である。

【００４９】水平または垂直基線は以下の数値を持つ。

【００５０】Ｘ_１−Ｘ_２，Ｘ_２−Ｘ_３，Ｘ_３−Ｘ_１，Ｙ_１−Ｙ_２，Ｙ_２−Ｙ_３，Ｙ_３−Ｙ_１そして、以下が測定される。

【００５１】１．５ｒ＜Ｍax（Ｘ_１−Ｘ_２，Ｘ_２−Ｘ_３，Ｘ_３−Ｘ_１）＜ √(３ｒ) これら２つの限度値があまり違わないため、Ｙの数値に等しく有効なフレーミ
ングとともに、水平、垂直両方に安定するインターフェロメトリ基線を持つこと
ができる。受信機のインターフェロメトリ表面がオーバラップ（非ゼロ交差）す
るようにｒを選択することにより、行跡に沿ったインターフェロメトリと垂直イ
ンターフェロメトリを行うことができる。これらの操作に使用できる信号比率は
、受信機のインターフェロメトリ領域に対する交差領域に等しい。受信衛星の配
列が受信する信号を結合することにより得られる分解能は、方向角においては、
受信機のインターフェロメトリ領域の結合のＢ_Ｃを掛け、長さＬ_Ｃで割るレーダ
Ｅの公称分解能に、また距離においては、この結合のＢ_ＣＰを掛け、高さＨ_Ｃで
割るＥの公称分解能に等しい（図４）。

【００５２】エミッタは楕円中心に位置付けられるか、楕円中心の「軌道」上の前か後ろに
配置されてもよい。また、若干異なる昇交点経度も持つことができ、配列の衛星
との衝突の危険性を低減する。エミッタと配列間の距離は問題なく２０〜３０キ
ロメートルと同じくらい、あるいはそれ以上になる。サーチ効果は必須的に衛星
自体の構成に依る。

【００５３】配列の部材にはまた若干異なる昇交点経度が与えられるが、説明した使用が大
いに変更されるか不可能となるため、これらはインターフェロメトリ楕円のわず
かな一般半径を超える行路差に繋がってはならない。

【００５４】しかし、エミッタと受信機の傾きは、配列が迅速に変形されるため、非常に似た
状態となる。

【００５５】配列の幾何学起伏の正確な計算と高分解能の実行では、配列の幾何学についての正確な知識
が必要である。この知識は、ＤＯＲＩＳまたはＧＰＳタイプの搭載システムから
得られ、受信機から、あるいはインターフェロメトリ基線がランドスケイプの残
存縞を排除することにより調整された後の画像間の相関関係により改良される。

【００５６】ディジタルモデルが平均分解能の地球の地形について利用可能であれば、処理
前のこのモデルを軌道に乗せてインターフェロメトリ高度を計算することにより
、本発明を使用して提供される分解能向上に一致する標準偏差を持つ残存物を発
生する。実際非常に劣る概略モデル（例えば、１００ｍの側部を持つ電池の３０
メートル（ｍ）の垂直平方自乗平均（ｒｍｓ）誤差により、インターフェロメト
リ基線を非常に正確に設定することができる。インターフェログラムの４コーナ
ーで計算したように、１０ｋｍの側部を持つ領域の残存物の平均値は、統合の膨
大な量（概略モデルが単に不正確で、偏向されていないことを条件として）を与
えるとして、１センチメートル未満の垂直不確定性に一致する。１キロメートル
寸法の立体鏡基線のセンチメートル知識により、１メートル未満の誤差、数キロ
メートルの高度バラツキさえもの寄与率が保証される。ディジタルモデル、すな
わち概略モデルを軌道に乗せることにより、残存物が必須的に縞に含まれるため
、「縞ほどき（unraveling）」効果が省略することができる。

【００５７】直接標的のエミッタ信号を使用して、配列中の衛星位置を見つけ出す別の方法
が存在する。

【００５８】連続的に記録された配列のマイクロ衛星からのデータがエミッタからの直接信
号（できればピーク限界）を、配列の他の衛星が反射する直接信号からの間接信
号とともに含み、一般に互いに約１０ｋｍ離れて位置付けられると仮定して、直
接信号によりパルスの特徴とパルス繰返数を測定することができる。

【００５９】図５では、図４と類似し、距離Ｄ１、Ｄ２、Ｄ１２、Ｄ１３、Ｄ２３が示され
、３つの衛星を持つ構成用に計算する必要がある。

【００６０】互いに、またエミッタに対するマイクロ衛星は、１時間にわずか数十キロ（１
軌道当たり１回転）、すなわち一般に１秒につき１０メートル（回転直径が大き
い帯域Ｌ）移動する。常に１キロヘルツより大きいパルス繰返数にて、各パルス
は１センチ、すなわち完全位相サイクルの２％〜３％（依然として帯域Ｌにある
）未満の前のパルスに対する位相のずれを受ける。これはまた、回転半径が比例
して減少するため、帯域Ｃにおいて真実である。各種エコーは距離扁平率による
遠隔測定法から抽出、方位角においてスペクトル分析され、エコーはゼロ周波数
に非常に近いピークとして現れる。これらのピークの正確な周波数を分析するこ
とにより、マイクロ衛星がエミッタに近づく速度が与えられる。１分間にこれら
の速度を観測することにより、１分内の何分の１かの波長変位量に一致する速度
が特徴付けられる。１分間、すなわち約１００，０００パルスを平均することに
より行われる距離測定により、理論的に１０センチ以下の精度が得られる。衛星
の形状と反射の正確な状態についての知識の欠如により、測定値に制限があるこ
とは明らかである。この限界値はマイクロ衛星に代表的な寸法が与えられたメー
トルオーダーである。

【００６１】各マイクロ衛星からの画像を相互に関連させることにより、距離Ｒ_２１とＲ_２３（配列面にない）と、Ａ_１２とＡ_１３（遅延）を測定することができる。これら
の測定値に関連した精度は、本発明手段と比較して、相関技術に関する将来の進
行を害することなしに、約数百ピクセルである。画像全てをこの測定に使用する
と仮定して、全ての距離が数十センチから１メートルまでの精度で理解される。
この測定値の良好な分割性により、衛星位置に関する同一精度の位置付けが提供
され、インターフェロメトリ基線の微調整により、図に対して垂直な方向に強化
される。

【００６２】レーダエミッタエミッタＥは、主にレーダ観測衛星であり、部分的に分解されている。例えば
、データ送信装置が分解された衛星は、エミッタとして使用することができる。
また、特定エミッタを使用でき、ペイロードにおいて受信機と遠隔測定送信を欠
いている。

【００６３】利点的に、レーダエミッタはエネルギーに依存しなくても使用でき、特に、Ｐ
ＣＴ特許出願公開第９７／３４８０１号明細書に定義された種類のエミッタであ
る。

【００６４】エミッタは、地球中心を含む面に実質的に延長し、太陽に向けられた面に太陽
電池を持ち、電池はエミッタに電力を供給するのに十分な太陽発電器に属する、
アンテナ形成要素（すなわち「レーダセイル」）により必須的に構成される。

【００６５】図７は上記公開明細書の図４を再現したものであり、１２はその文献のエミッ
タ衛星サービスモジュール、１１と１３はそれぞれアンテナ形成要素と、太陽発
電器の電池を示す。

【００６６】示された衛星は、各種面で顕著である。

【００６７】その軌道は低軌道であり、アンテナ形成要素１１は地球中心を含む面に実質的
に延長する（回転角度９０°）。任意的にその両方の面から放射する能力を持つ
。

【００６８】また、重力軸に沿う寸法で定義したこの要素１１の高さＨは、垂直方向（衛星
面がその軌道面と一致する場合を示す図６の速度ベクトルＶの方向）の寸法Ｌよ
り当然はるかに長いか、アンテナ形成領域、できれば部分的に中空領域により高
さ方向Ｈに追加され、衛星は重力傾度で自然に安定する。

【００６９】また、太陽電池１３はアンテナ形成要素１１の面の１つに、できれば両面に配
置される。

【００７０】さらに、要素１１はその領域に分配され、位相と送受信された電波振幅をモニ
ターする点を有する。

【００７１】固定可能な構成に対応することができ、変形と絶対姿勢誤差は、その領域に分
配されたＧＰＳセンサーが供給する位相測定値を処理することにより測定され、
続いて制御手段により補償される。

【００７２】衛星アンテナは好ましくは軌道面にあり、衛星軌道は好ましくは太陽同期であ
り、アンテナ形成要素１１の特別な面に配置された、太陽電池の最小太陽面角度
を保存する。アンテナ面は影にある要素１１の面を占め、太陽電池によって占め
らていない部分にてもう一方の面を占めることができる。角度差が約３０°に制
限される（軌道傾きと太陽上昇の累積効果）ため、午前６：００または午後６：
００の現地時間は最適である。しかし、このように実行できる太陽電池の大領域
により、午前６：００／午後６：００の軌道面との大きな差を認識することがで
きる。

【００７３】固定現地時間の太陽同期により、要素１１の熱設計を簡単にできるが、衛星は
また正午／夜中面の側面から側面を含む現地時間を変更でき、あるいは（もっと
太陽同期で、軌道は常に傾いたまま）漂流する現地時間にて操作できるよう設計
される。このため、太陽電池の全表面領域が増加する必要があることを意味して
も、要素１１の２つの面が太陽電池に覆われる領域を持つことを満足する。しか
し、現地時間が正午／夜中に近づくたびに、操作が保証されないということは明
らかである。

【００７４】要素１１後部の太陽電池１３の密度は、電池により遅延なく前記アンテナのエ
ネルギー要求をカバーするよう選択することができる。必要な場合、要素１１は
アンテナを形成せず、太陽電池を持つ部分を含むことができる。

【００７５】従って、機械構成を再利用することにより、要素１１は非常にパワフルで、で
きれば最高性能を持つ標準サービスモジュールに付随するものより、はるかにパ
ワフルな太陽発電器を提供し、もはやそれ自体の要求を担当する必要のない場合
、サービスモジュール１２の電源サブシステムを非常に簡単にすることができる
。

【００７６】要素１１の装置の各項目または装置の項目群は、それ自体のエネルギー源に直
接結合されるため、エネルギーの運搬・変換を行う機能は簡略化され、サービス
モジュール１２や、それとのリンクは含まれない。

【００７７】レーダセイルの概念では、実質的に永久的に作動する「照射器」を製造するも
のとし、マイクロ衛星、好ましくは本発明により構成された６つのマイクロ衛星
の配列に信号を供給する。

【００７８】かかるシステム結合の利点は、以下の点である。

【００７９】・レーダセイルの利点として、簡略化と低コスト。

【００８０】・本発明の利点として、全状況下でコヒーレントな結合（インターフェロメトリ
と高分解能）、受動システムの判断、混雑のしにくさ。

【００８１】従って、この結合は高分解能を持つ、混雑しにくい、低コストのレーダシステム
に繋がる。

【００８２】レーダ受信機この配列の受信衛星はその簡略化と低コストにより特徴付けられる。信号を送
る必要がないため、エネルギー消費量は低く、エネルギーを発生したり貯蔵する
小手段のみを必要とする。利点的に、アンテナ放射パターンの形状と、送信され
た信号に対する責任はエミッタに託される。従って、受信機は直径が短いアンテ
ナで間に合い、配備する必要がない。結果として、同様にエミッタに要求される
ものよりも概略標的で間に合う。

【００８３】対照的に、配列の幾何学は正確にコンパイルされ、他のものの中で、受信衛星
が正確に同期する必要がある。特に受信衛星の配列の標的能力により、前記区域
が移動しても、エミッタ衛星が照射する地面区域をたどることができる場合、エ
ミッタ衛星の同期性は一部の場合で緩和される。エミッタは地面の広大な区域を
照射し、非常に高い高度に位置する電気通信衛星となる。受信機の配列は、区域
とともに移動しなくても、前記区域に向けられる（一般に電気通信衛星は地球に
対して静止状態を保ち、同様に地球に対して静止状態を保つ区域を照射する）。
概して、軌道が低いほど、同期性をコンパイルするということが重要になってく
る。太陽同期軌道の場合、同期性により、照射区域が移動しないということのみ
ならず、エミッタ衛星からの放射を利用するため、エミッタ衛星の周辺に連続し
て残存する可能性が保証される。いずれにしても、受信機は非常に正確な位置付
け手段を持つ必要がある。位置における配列維持を支持する点は、受信機の配列
とエミッタの両方が受ける軌道妨害の類似性である。受信機の同一形状により、
アトモスフェリック・ブレーキングが実際同一であるということが保証され、パ
ラメータＸ（図１と２）はかなり広範囲で変更するため、その点はエミッタにと
ってあまり重要でない。衝突の危険性は、受信機を遠ざけることにより（図１の
距離Ｘ）、受信機に対して若干異なる軌道面を利用して限定される。例えば、受
信機の昇交点間の５０ｍ〜１００ｍの経度差より安全度が供給される。しかし、
これらの経度差は、インターフェロメトリ楕円のわずかな一般半径を超えてはな
らない。理論的に、受信機がたどる行路同士は離心率と近地点設定のため、決し
て接触しない。軌道面のはるかに大きな差（例えば、１０ｋｍ〜２０ｋｍ）を持
つエミッタには欠点が無い。

【００８４】受信機は適度な割合でエミッタ信号をサンプリングするものとする。従って、
受信機が記録する信号は、各パルスによってもたらされる列状となって構成され
ないが、連続している。受信機の信号は、例えば、近隣のアルゴリズムを利用す
ることにより、地上で再同期する必要がある。受信アンテナがエミッタアンテナ
より小さい場合、信号レベルは低くなる。

【００８５】一例として、受信衛星はＣ帯域（λ＝５６ｍｍ）で送信するＥＲＳ−１衛星に
関連する。アンテナは直径約１メートルの円形である。低いゲインを与えると、
１６ＭＨｚの複合サンプリング速度で２ビットにて記録が行われる。その速度は
一定であり、制御装置は必要としない。ＳＰＯＴなどの他のシステムと同様に、
１秒当たり６４Ｍｂｉｔで遠隔測定をする。受信機は既存手段（固体記憶装置
と従来設計の遠隔測定チャネル）を利用することができる。

【００８６】おそらく異なる帯域で、複数の衛星に適応できる一般受信機を使用することが
できる。かかる衛星は電気推進システムを備えることができ（そのペイロードは
あまりエネルギーを消費しないため）、複数の軌道変更を実行することができ、
その寿命にわたり１つのエミッタ「クライアント」から別のものに通過する。ま
た、適応可能な受信機により、地面の電波放出源を正確に位置付ける配列を使用
することができる。

【００８７】用途本発明の装置の用途を、例により以下に説明する。

【００８８】１）民間「放射」ベースの軍事衛星インターフェロメトリ配列を使用して、同時に民間および軍事要求用であるが
、非常に異なる技術・操作特徴を持つレーダ衛星を使用することができる。一例
として、エミッタは中程度の性能（約１０メートルの分解能）を持つ民間衛星と
なる。インターフェロメトリ区域がオーバラップする必要のある受信配列は、１
つ（図４）、または２つ（図５）の「インターフェロメトリ回転」から成る。

【００８９】利点は以下の通りである。・軍事システムが大幅に混雑しにくくなる。民間エミッタが混雑しても、軍事
受信機の画像に対する影響は全く無い。その位置は分離しているため、相手に知
られないままである。また、エミッタに対する受信配列をしばしば移動すること
ができる。しかし、入射光と反射光間の角度差は、画像が同一特徴を保持し、画
像の読みに特別な訓練を必要としないようにするには、十分小さいままとする。

【００９０】・配列の非混雑利点は、本発明により得られた画像の若干バイスタティックな
特徴により簡略化される。受動装置により配列を隠すことは不可能である。巨大
サイズの「コーナーレフレクター」が従来衛星での受信を飽和させることにより
、数十平方キロメートルの区域をマスクするのに対して、配列との入射角と反射
角の差により、かかるコーナーを無効にする。コーナーのサイズが大であるほど
指向性になる。

【００９１】・民間使用者がアクセス不可能な高分解能。高分解能は遠隔測定に民間使用者
がアクセスできない受信機からのコヒーレントな画像結合に起因する。分解能は
特別な波長に与えられた帯域幅を与えると、考える以上に高度となる。例えば、
Ｌ帯域民間システムが法的に３０ＭＨｚに制限されたとしても、配列は非常に
広い帯域幅（例えば、１００ＭＨｚ）に等しい画像を作成することができ、目
的の相対帯域幅にアクセスすることができる。

【００９２】・水平基線の使用により、方位角の分解能を向上できるか、一般に１秒分分離
された公称分解能の画像を比較することができる。この特徴により、水平分離さ
れた２つの画像の位置の違いから、移動している標的を検出することができる。

【００９３】・通常、レーダ分解能を増加するには、観測下で小型サイズの電池に与えられ
る電力を増加する必要がある。本発明では、電力増加はマイクロ衛星の各種アン
テナ領域のコヒーレント結合により得られる。６つのマイクロ衛星を持つ構成で
は、受信アンテナの結合サイズは、エミッタアンテナのサイズを超えることがで
きる。２５平方メートルの面積を持つ単一アンテナを配備するよりも、各々が４
平方メートル面積を持つ６本の独立アンテナを立て、配備することははるかに簡
単であるため、この状態は明白というよりはむしろ利点的である。

【００９４】・本発明の別の利点は捕捉速度である。従来の開口合成レーダでは、アンテナ
が飛行方向に短いか、標的に向けられたまま（SPOTLIGHTモード）のため、方位
分解能を向上させると、標的が長期の間照射されるよう要求される。本発明は、
任意標的に必要な照射時間を増加せずに、平行に方位高分解能を提供する。

【００９５】２）海流測定水平基線の使用により、海流のチャートを作成することができる。物理的理由
で０．１秒までの観測の継続時間を制限することが必要であるとして、位相分解
能の１００分の１（すなわち、Ｃ帯域で０．３ｍｍ）での観測は、精度が衛星の
観測方向において１秒につき３ｍｍの推定値に繋がる。ＥＲＳ−１タイプの地点
（２３°の入射角）で、この精度は、衛星行跡に垂直方向に２．５分の１に、海
流方向が衛星の飛行方向から２０°未満分異なる場合、４分の１以上に低下する
。衛星の方位角に対して海流が２０°で、かなり好ましくない状態においては、
測定精度は１ノットの２０分の１となる。ヘクタールオーダー区域の信号平均値
を計算できる場合、分解能の１００分の１の観測が現実化する。

【００９６】垂直基線に関連したインターフェロメトリ効果はそれと共存する。しかし、海
面の地形が簡単で公知の場合、減算されるべき縞の正規パターンという形をとる
「垂直」寄与率を排除することが簡単となる。

【００９７】３）地球の地形測定水面より上の土地の場合、垂直基線により、地球の地形を計算できるか、また
は、それについての従来知識を向上させることができる。同時観測のため、大気
効果が排除される。これらはこの用途において現在の主要限界である。軌道構成
により、地球の位置に関係なく安定基線（「回転」の垂直半径の１．５〜１．７
倍の範囲にある）を作成することができる。この半径を変更することができ、「
位相解明（phase unraveling）」を必要としない地形の概略モデルを計算するこ
とにより開始し、また半径を増加することにより、概略モデルが「位相解明」に
対して満足する精密モデルを計算することができる。

【００９８】例えば、ＥＲＳ−１衛星かＥＲＳ−２衛星に結合し、半径１００メートル（す
なわち、約１５０ｍの基線）を使用する配列により、アンビギティが３００メー
トルの高度をもたらす。３００メートル以内までの地球の地形についての従来知
識により、位相解明を用いる必要性を回避することができる。地形がこの第１パ
スの後に得られる精度は、３０メートル以下である。

【００９９】１０００メートルの半径（すなわち、約１５００ｍの基線）については、約３０
メートルの高度アンビギティが得られる。最初の段階で得られた地形により、自
動的に縞を無くせる。この第２パスに起因する地形精度は３メートル以下である
。

【０１００】最大半径（すなわち、５ｋｍの極限値に近い基線）については、地形が適して
いる場合、特に、基線がすでに距離分解能を向上させている場合、より良い結果
に達することができる。

【０１０１】４）微分インターフェロメトリ本発明の装置は、とりわけ延期されていない、あるいはあまり延期されていな
い用途を可能にすることができる（距離および分解能の向上、瞬間インターフェ
ロメトリ、行跡に沿ったインターフェロメトリ）。本発明の別の利点は、軌道抑
制を緩和できる範囲では微分インターフェロメトリにある。地面の個々の標的の
保存に加えて、微分インターフェロメトリでは、スペクトル特徴が方位角と距離
において保存される必要がある。すなわち、衛星の２つのパスは、インターフェ
ロメトリ表面との非ゼロ角度で交差する。この表面のサイズを大幅に増加するこ
とにより、配列によりこれらの条件を満足することや、軌道制御がかなり劣る旧
式レーダ衛星の全体的なアーカイブをピックアップすることが簡単になる。

【０１０２】本発明は上記実施の形態に限定されない。

【図面の簡単な説明】

【図１】方位分解能とインターフェロメトリがどのように軌道に沿って定義されている
かについての説明図。

【図２】方位分解能とインターフェロメトリがどのように軌道に沿って定義されている
かについての説明図。

【図３】距離分解能と垂直インターフェロメトリがどのように定義されているかについ
ての説明図。

【図４】本発明によるレーダ受信衛星の配置図。

【図５】本発明によるレーダ受信衛星の配置図。

【図６】図４と同様の配置図。

【図７】本発明の実施形態で使用されるエミッタ衛星の概略側面図。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項1】少なくとも１つのエミッタ衛星（Ｅ）と、複数の受信衛星（Ｓ）からなる少な
くとも１つの受信衛星配列とを有するレーダインターフェロメトリ装置において
、前記複数の受信衛星は前記エミッタ衛星により照射される地面区域に向くよう
に、かつ、長軸は複数の衛星が正確に同期するように同一長さを持ち、焦点は受信衛星軌道の各々に対して同一であり、エミッタ衛星軌道の焦点間の
距離より長い距離により分離され、受信衛星軌道の離心率がエミッタ衛星軌道の
それとは異なり、近地点引数は360°にわたって均一に分配される数値を持ち、１軌道周期中に
受信衛星は数値が均一に分配される楕円（Ｇ）を回り、前記楕円は、エミッタ衛星軌道が受信衛星軌道と同一の昇交点経度と同一の位
相を持っていた場合、エミッタ衛星が有することになる位置に中心付けられるよ
うに選択される軌道上に配置されていることを特徴とするレーダインターフェロ
メトリ装置。
【請求項２】前記エミッタ衛星は前記受信衛星と同期することを特徴とする請求項１記載の
装置。
【請求項３】前記軌道は太陽同期することを特徴とする請求項１または２記載の装置。
【請求項４】１つ以上の同心楕円に配置された３つの受信衛星（Ｓ_１，Ｓ_２，Ｓ_３；Ｓ_４，
Ｓ_５，Ｓ_６）の１つ以上の群から成ることを特徴とする請求項１ないし３のいず
れか１項に記載の装置。
【請求項５】前記１群の一部を形成する前記楕円上に配置されたエミッタ衛星（Ｅ）を備え
ていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】ＥＲＳ−１、ＥＲＳ−２、Ｒａｄａｒｓａｔ、およびＪ．ＥＳＲ−１などのレ
ーダ観測衛星の群から選択されたエミッタ衛星（Ｅ）を備えていることを特徴と
する請求項１ないし５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】前記受信衛星（５）は前記エミッタ衛星により照射される地面区域からの信号
を連続的に記録するように設計され、距離増加により構成された連続列状で、こ
のように記録された信号を再同期するための手段が備えられていることを特徴と
する請求項１ないし６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】ほぼ地球中心を含む面内で延長し、太陽に向けられた状態の面内でエミッタに
電力を供給する太陽発電器の太陽電池（１３）を持つアンテナ形成要素（１）を
含むエミッタ衛星（Ｅ）を備えていることを特徴とする請求項１ないし６のいず
れか１項に記載の装置。
【請求項９】６つの受信衛星（Ｓ_１〜Ｓ_６）を備えていることを特徴とする請求項９記載の
装置。