JP2007033258A - Method and device for observing object to be observed - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To acquire an image to be interfered without using a yaw steering function of a synthetic opening antenna by controlling the bow azimuth of an aircraft. <P>SOLUTION: The synthetic opening antenna 4 mounted on a flying body is moved horizontally in the sky over an object to be observed, and electric wave is transmitted and received from the synthetic opening antenna. Reflected wave received by the synthetic opening antenna 4 is signal-processed to image data. A plurality of image data acquired by repeating the processing is interference-processed, and SAR image data is acquired. When the synthetic opening antenna is moved, the shift of drift angle by cross wind received by the flying body is controlled, thereby aligning the observation direction to the object to be observed of the synthetic opening antenna. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、合成開口レーダを用いて被観測対象物を観測する被観測対象物の観測方法及び装置に関する。   The present invention relates to an observation method and apparatus for an observation target object that observes the observation target object using a synthetic aperture radar.

国土地理院のホームページに掲載された文献によると、レーダは、アンテナから電波を観測対象物に向けて放射し、その観測対象物で反射した電波を受信して観測するものである。前記レーダを用いることにより、反射された電波から、観測対象物の大きさや表面の性質が分り、電波が戻ってくるまでの時間を測定することで、観測対象物までの概算の距離が測定可能である。   According to the literature published on the website of the Geographical Survey Institute, radar radiates radio waves from an antenna toward an observation object, and receives and observes the radio waves reflected by the observation object. Using the radar, the approximate distance to the observation object can be measured by measuring the time it takes for the size and surface properties of the observation object to be known from the reflected radio wave and the return of the radio wave. It is.

レーダ観測を行う場合、観測対象物の分解能を向上させるには、レーダのアンテナの指向性を絞って細いビームを観測対象物に向けて照射するのであるが、指向性を高めるには、アンテナの寸法を大きくする必要がある。例えば、人工衛星搭載レーダの場合、地表で10m或いはそれより高い分解能を得るには、アンテナの大きさ「開口」が1kmを越えてしまい、人工衛星に搭載する機器として問題がある。   When performing radar observations, to improve the resolution of the observation object, narrow the directivity of the radar antenna and irradiate a thin beam toward the observation object. The dimensions need to be increased. For example, in the case of a satellite-borne radar, in order to obtain a resolution of 10 m or higher on the ground surface, the antenna size “aperture” exceeds 1 km, and there is a problem as a device mounted on the satellite.

そこで、人工衛星や飛行機などの飛翔体が移動しながら電波を送受信して、大きな開口を持ったアンテナの場合と等価な画像を得るように、人工的に「開口」を「合成」させる技術として、合成開口レーダが開発されている。   Therefore, as a technology to artificially “synthesize” the “aperture” so that an image equivalent to an antenna with a large aperture is obtained by transmitting and receiving radio waves while a flying object such as an artificial satellite or an airplane moves. Synthetic aperture radar has been developed.

この合成開口レーダを用いて、地殻の変動などを観測する技術が開発されておいる。この合成開口レーダを用いて、リピートパス干渉SAR(Synthetic Aperture Radar)画像を得ることにより、航空機や人工衛星から数センチの地殻変動や地すべり等を画像化することができる。   Techniques have been developed for observing crustal movements using this synthetic aperture radar. By using this synthetic aperture radar to obtain repeat path interference SAR (Synthetic Aperture Radar) images, it is possible to image crustal movements and landslides of several centimeters from aircraft and artificial satellites.

図9に示すように、航空機1によるリピートパス干渉SARは異なる時期に2回ほとんど同じフライトコース2a,2bからSAR画像を取得する。このフライトコース2a,2bは、以下の式のように波長、距離、分解能、入射角で決まる干渉限界以内である必要があり、Lバンド,3m分解能,40度入射角,15.7Kmの観測距離では、約520m以下の直径Dをもつパイプ状の空域F内に設定される。式 B=λrtanθ/2・Rsとなる。ここで、B:干渉可能最大距離,λ:波長,θ:入射角,Rs:スラントレンジ分解能,r:ターゲットまでの距離である。   As shown in FIG. 9, the repeat path interference SAR by the aircraft 1 acquires SAR images almost twice from the same flight course 2a, 2b at different times. The flight courses 2a and 2b need to be within the interference limits determined by the wavelength, distance, resolution, and incident angle as shown in the following formula, and the L band, 3m resolution, 40 degree incident angle, 15.7km observation distance Then, it is set in a pipe-like airspace F having a diameter D of about 520 m or less. Formula B = λrtanθ / 2 · Rs. Here, B: maximum interference possible distance, λ: wavelength, θ: incident angle, Rs: slant range resolution, r: distance to the target.

前記取得したSAR画像には、観測対象物の表面の反射率の情報が信号振幅として記録されているとともに、観測対象物迄の距離情報も位相として記録されている。したがって、もしフライトコースが全く同じとすると、2つのSAR画像の同じ位置の位相の差分を求めると、それら2つのSAR画像を観測した時期の間に発生した観測対象物、例えば地殻の変化を画像化することができる。実際は、フライトコースを全く同じにすることは困難なため、ターゲットの標高による成分も画像化されてしまう。そのため、2回のフライトコースの差異による影響を補正することにより、標高の成分が除去され、ターゲットの変動成分のみ求めることができる。
国土地理院ホームページ(http://gsi.go.jp/sokuchi/sar/mechanism/)
In the acquired SAR image, information on the reflectance of the surface of the observation object is recorded as a signal amplitude, and distance information to the observation object is also recorded as a phase. Therefore, if the flight courses are exactly the same, the difference in phase between the two SAR images at the same position is calculated, and the observation object that occurred during the period when these two SAR images were observed, such as changes in the crust, is imaged. Can be Actually, it is difficult to make the flight courses exactly the same, so the component due to the altitude of the target is also imaged. Therefore, by correcting the influence of the difference between the two flight courses, the altitude component is removed, and only the target fluctuation component can be obtained.
Geographical Survey Institute website (http://gsi.go.jp/sokuchi/sar/mechanism/)

しかしながら、実際にリピートパス干渉SAR画像を得るには、2つの課題がある。その1つは、航空機は全く同じ軌道を飛行するのは非常に困難であり、横風などの影響を受けて、航空機は、GPS衛星3を利用したディファンレンシャルGPS方式に基づいて機首角(ヘディング角)と高度を補正しながら、パイプ状の空域Fの日的の軌道の近傍を飛んでいる。   However, there are two problems in actually obtaining a repeat path interference SAR image. For one thing, it is very difficult for aircraft to fly in exactly the same orbit, and under the influence of crosswinds, the aircraft has a nose angle based on the differential GPS method using GPS satellites 3. (Heading angle) and altitude are corrected while flying in the vicinity of the daily trajectory of the pipe-shaped airspace F.

この課題は実際の飛行軌跡が干渉限界距離で示される一定の誤差内であり、また、その誤差を波長に対して十分に高い精度で記録することができれば、補正することが可能である。実際には、キネマティックGPS方式を使って1cm程度の精度で、飛行機が空間中をどのような軌跡で飛んだかを記録し、その記録データに基づいて補正をしている。   This problem can be corrected if the actual flight trajectory is within a certain error indicated by the interference limit distance, and the error can be recorded with sufficiently high accuracy with respect to the wavelength. Actually, the kinematic GPS method is used to record the trajectory of the airplane in the space with an accuracy of about 1 cm, and the correction is made based on the recorded data.

リピートパス干渉SAR画像を得るには、もう1つの課題がある。従来の航空機によるリピートパス干渉SAR観測では、観測幅を広く取るために比較的高高度を飛行し、航空機の最も効率の良い速度を使用して、観測を行っている。日によって風速、風向が変わる。高高度においては季節によってほぼ一定方向に風が吹いている。しかし、その風速は日によって大きく変化することがある。航空機が高高度を飛行する場合、失速速度と最高速度が近くなり、速度を大きく変えることが困難であった。そのため、毎回観測するたびに、偏流角が変わり、観測データを十分に活用できないという問題がある。   There is another issue in obtaining repeat path interference SAR images. In conventional repeat-path interferometric SAR observation using an aircraft, the aircraft travels at a relatively high altitude in order to obtain a wide observation range, and the observation is performed using the most efficient speed of the aircraft. Wind speed and direction change depending on the day. At high altitudes, the wind blows in a certain direction depending on the season. However, the wind speed can vary greatly from day to day. When the aircraft flew at high altitude, the stall speed and the maximum speed were close, making it difficult to change the speed significantly. Therefore, there is a problem that the drift angle changes every time observation is performed, and the observation data cannot be fully utilized.

前記課題は、従来の航空機によるリピートパス干渉SAR観測では、航空機の速度は毎回観測時、ほぼ一定であるので、2つのSAR画像を干渉させる際に、それぞれの画像のドップラー周波数帯域が一致している必要である。   The problem is that in conventional repeat path interference SAR observation with an aircraft, the speed of the aircraft is almost constant at each observation, so when the two SAR images are interfered, the Doppler frequency bands of the images match. It is necessary to be.

すなわち、図10に示すように、1回目の観測画像G1の信号ドップラー帯域と2回目の観測画像G2の信号ドップラー帯域との重なっている部分Oのみが干渉成分となる。干渉画像の空間分解能は、この重なっている部分Oの周波数帯域によって決定される。このため、重なっている部分Oが少ないと、空間分解能が低下した画像、または干渉画像が得られないという問題がある。   That is, as shown in FIG. 10, only the portion O where the signal Doppler band of the first observed image G1 and the signal Doppler band of the second observed image G2 overlap is an interference component. The spatial resolution of the interference image is determined by the frequency band of the overlapping portion O. For this reason, when there are few overlapping portions O, there is a problem that an image with reduced spatial resolution or an interference image cannot be obtained.

前記問題を解決する1つの方法は、合成開口レーダにヨーステアリング機能を持たせることである。ヨーステアリング機能を有する合成開口アンテナは、航空機の機首の方向に拘らず、そのビームセンタをドップラー周波数0Hz方向に向けることができる。   One way to solve the problem is to give the synthetic aperture radar a yaw steering function. A synthetic aperture antenna having a yaw steering function can direct its beam center toward the Doppler frequency of 0 Hz regardless of the nose direction of the aircraft.

しかし、合成開口アンテナを回転させるためには、回転機構が複雑になり、重量の増加、高価格という間題がある。さらに、飛行中、航空機の機首方位は絶えず変動しているため、アンテナのビームセンタ方向がドップラー周波数0Hz方向に絶えず向いているように制御し続ける必要がある。   However, in order to rotate the synthetic aperture antenna, the rotation mechanism becomes complicated, and there are problems of an increase in weight and a high price. Furthermore, since the heading of the aircraft constantly fluctuates during flight, it is necessary to continue control so that the beam center direction of the antenna is constantly directed in the direction of the Doppler frequency of 0 Hz.

本発明の目的は、航空機の機首方位を補正することにより、ヨーステアリング機能を用いずに、干渉させられる画像が得られる被観測対象物の観測方法及び装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a method and an apparatus for observing an object to be observed that can correct an aircraft heading and obtain an image to be interfered without using a yaw steering function.

前記目的を達成するため、本発明に係る被観測対象物の観測方法は、被観測対象物の上空を飛翔体に搭載した合成開口アンテナを水平方向に移動させて、当該合成開口アンテナから電波を送受信するステップと、
前記合成開口アンテナで受信した反射波を画像データに信号処理するステップと、
前記ステップを繰返し実行して得た複数の画像データを干渉処理して干渉画像を得るステップを有し、
前記合成開口アンテナを移動させる際に、前記飛翔体が受ける横風による偏流角のずれを制御することにより、前記合成開口アンテナの前記被観測対象物に対する観測方向を一致一させることを特徴とするものである。ここに、前記観測方向とは、航空機などの飛翔体の速度方向に対するアンテナビームセンタ方向の角度を意味する。
In order to achieve the above object, an observation method of an object to be observed according to the present invention moves a synthetic aperture antenna mounted on a flying object in the horizontal direction over the object to be observed, and transmits radio waves from the synthetic aperture antenna. Sending and receiving; and
Signal processing the reflected wave received by the synthetic aperture antenna into image data;
A step of interference processing a plurality of image data obtained by repeatedly executing the step to obtain an interference image,
When the synthetic aperture antenna is moved, the observation direction of the synthetic aperture antenna with respect to the object to be observed is made to coincide with each other by controlling a deviation of a drift angle caused by a cross wind received by the flying object. It is. Here, the observation direction means an angle of the antenna beam center direction with respect to the velocity direction of a flying object such as an aircraft.

本発明によれば、合成開口アンテナを移動させる際に、飛翔体が受ける横風による偏流角を制御する。複数回のフライトを行った際にも、前記制御処理に基づいて、合成開口アンテナの被観測対象物に対する観測方向がほぼ同一の範囲に収束される。しかも、合成開口アンテナは、複数回のフライトにおいて、ほぼ同一の軌跡上を移動する。   According to the present invention, when the synthetic aperture antenna is moved, the drift angle caused by the cross wind received by the flying object is controlled. Even when a plurality of flights are performed, based on the control process, the observation direction of the synthetic aperture antenna with respect to the observation target is converged in substantially the same range. Moreover, the synthetic aperture antenna moves on substantially the same trajectory in a plurality of flights.

前記合成開口アンテナの前記被観測対象物に対する観測方向を一致させるにあたっては、フライトコースに対する相対風向をθ度、風速をVwノット、飛翔体のフライトコースに対する機首方位の偏流角をφ度とすると、
前記飛翔体の飛翔速度Vaを、Va=(Vwsinθ)/sinφとすることにより、複数回の前記合成開口アンテナの移動軌跡における前記飛翔体の偏流角をφ度に制御することができる。
In matching the observation direction of the synthetic aperture antenna with respect to the object to be observed, the relative wind direction with respect to the flight course is θ degrees, the wind speed is Vw knots, and the drift angle of the nose direction with respect to the flight course of the flying object is φ degrees. ,
By setting the flying speed Va of the flying object to Va = (Vwsinθ) / sinφ, the drift angle of the flying object in the movement trajectory of the synthetic aperture antenna can be controlled to φ degrees.

また、前記飛翔体の失速速度と最高速度が接近して速度許容範囲が狭い高高度での飛翔を避けて、前記飛翔体の飛翔高度を、失速速度と最高速度の間の速度許容範囲が広い高度に落して、前記飛翔体を飛翔させることが望ましい。この場合、前記飛翔体の飛翔高度を、3,000m〜6,200mの範囲の高度に設定することが望ましい。   Also, avoid flying at high altitude where the stalling speed and maximum speed of the flying object approach each other and the allowable speed range is narrow, and the flying altitude of the flying object has a wide allowable speed range between the stalling speed and the maximum speed. It is desirable to drop the flying object at a high altitude. In this case, it is desirable to set the flying height of the flying object to an altitude in the range of 3,000 m to 6,200 m.

前記飛翔体の失速速度と最高速度が接近して速度許容範囲が狭い高高度と比較して、失速速度と最高速度の間の速度許容範囲が広い高度では、季節風の向きが一定であり、しかも、その風速が比較的小さい。そのため、飛翔体の偏流角を容易に制御することが可能となり、複数回のフライトにおいて、合成開口アンテナの被観測対象物に対する観測方向を一致させることが可能となる。   Compared to the high altitude where the stalling speed and the maximum speed of the flying object are close to each other and the allowable speed range is narrow, the direction of the seasonal wind is constant at the altitude where the allowable speed range between the stalling speed and the maximum speed is wide. The wind speed is relatively small. Therefore, the drift angle of the flying object can be easily controlled, and the observation direction of the synthetic aperture antenna with respect to the observation target object can be matched in a plurality of flights.

また、被観測対象物の上空を飛翔体に搭載した合成開口アンテナを水平方向に移動させる際に、1回目の観測では風向に対し45度の角度をなすコースと、さらにそのコースから90度方位を回転させた、風向と−45度の角度をなすコースで前記合成開口アンテナを移動させて、画像データを取得することが望ましい。   In addition, when moving the synthetic aperture antenna mounted on the flying object in the horizontal direction above the object to be observed, the first observation is a course that forms an angle of 45 degrees with respect to the wind direction, and a 90-degree azimuth from that course. It is desirable to move the synthetic aperture antenna along a course that forms an angle of −45 degrees with the wind direction.

これにより、2回目の観測時、風向きによって、一方の移動コースに沿って合成開口アンテナを移動させることが困難である場合にも、他方の移動コースに沿って合成開口アンテナを移動させることが可能となる。   This makes it possible to move the synthetic aperture antenna along the other moving course even when it is difficult to move the synthetic aperture antenna along one moving course due to the wind direction during the second observation. It becomes.

以上の本発明に係る被観測対象物の観測方法を実施する観測装置は、被観測対象物の上空を飛翔体に搭載されて移動しながら、電波を送受信する合成開口レーダ送受信システムと合成開口アンテナと、前記合成開口アンテナで受信した反射波を画像化した複数の画像データを干渉処理して干渉画像を得る信号処理部と、前記合成開口アンテナを移動させる際に、前記飛翔体が受ける横風による偏流角のずれを制御することにより、前記合成開口アンテナの前記被観測対象物に対する観測方向を統一させる機能を備えたフライト・マネジメント・システムを有する構成として構築する。   An observation apparatus that implements the observation method of an observation target object according to the present invention described above includes a synthetic aperture radar transmission / reception system and a synthetic aperture antenna that transmit and receive radio waves while moving while mounted on a flying object over the observation target object. A signal processing unit that obtains an interference image by performing interference processing on a plurality of image data obtained by imaging reflected waves received by the synthetic aperture antenna, and a crosswind received by the flying object when the synthetic aperture antenna is moved. By constructing a flight management system having a function of unifying the observation direction of the synthetic aperture antenna with respect to the object to be observed by controlling the deviation of the drift angle.

また、前記フライト・マネジメント・システムは、フライトコースに対する相対風向をθ度、風速をVwノット、飛翔体のフライトコースに対する偏流角をφ度とすると、偏流角φ度となる前記飛翔体の飛翔対気速度Vaを、Va=(Vwsinθ)/sinφにすることにより、複数回の前記合成開口アンテナの移動軌跡における前記飛翔体の偏流角をφ度に統一させる構成とすることが望ましい。   Further, the flight management system is configured such that when the relative wind direction with respect to the flight course is θ degrees, the wind speed is Vw knots, and the drift angle of the flying object with respect to the flight course is φ degrees, the flying object has a drift angle φ degree. It is desirable that the airflow velocity Va is set to Va = (Vwsinθ) / sinφ so that the drift angle of the flying object in the moving trajectory of the synthetic aperture antenna is unified to φ degrees.

前記フライト・マネジメント・システムは、前記飛翔体の失速速度と最高速度が接近して速度許容範囲が狭い高高度での飛翔を避けて、前記飛翔体の飛翔高度を、失速速度と最高速度の間の速度許容範囲が広い高度に落して、前記飛翔体を飛翔させる機能を備えることが望ましい。   The flight management system avoids flying at a high altitude where the stalling speed and the maximum speed of the flying object are close to each other and the allowable speed range is narrow, and the flying height of the flying object is set between the stalling speed and the maximum speed. It is desirable to have a function of flying the flying object at a high altitude with a wide allowable speed range.

また、前記フライト・マネジメント・システムは、被観測対象物の上空を飛翔体に搭載した合成開口アンテナを水平方向に移動させる際に、方向が異なる移動コースに前記合成開口アンテナを移動させる機能を備えていることが望ましいものである。この場合、相対的に90度異なる方向の前記移動コース上に前記飛翔体を飛翔させることが望ましい。   The flight management system has a function of moving the synthetic aperture antenna to a moving course having a different direction when moving the synthetic aperture antenna mounted on the flying object in the horizontal direction over the object to be observed. It is desirable to have. In this case, it is desirable to fly the flying object on the moving course in directions different by 90 degrees.

以上説明したように本発明によれば、合成開口アンテナを移動させる際に、飛翔体が受ける横風による偏流角のずれを補正するため、複数回のフライトを行った際にも、前記補正処理に基づいて、合成開口アンテナの被観測対象物に対する観測方向をほぼ同一の範囲に収束することができる。さらに、合成開口アンテナを複数回のフライトにおいて、ほぼ同一の軌跡上を移動させることができる。   As described above, according to the present invention, when the synthetic aperture antenna is moved, in order to correct the deviation of the drift angle caused by the crosswind received by the flying object, the correction process is performed even when a plurality of flights are performed. Based on this, the observation direction of the synthetic aperture antenna with respect to the object to be observed can be converged in substantially the same range. Furthermore, the synthetic aperture antenna can be moved on substantially the same locus in a plurality of flights.

したがって、ヨーステアリング機能を用いずに、干渉させられるSAR画像を得ることができる。   Therefore, it is possible to obtain a SAR image that is caused to interfere without using the yaw steering function.

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.

図1に示すように本発明の実施形態に係る被観測対象物の観測方法に用いる観測装置は、観測用電波を送受信するためのデバイスと、飛行情報検出部と、飛翔体としての航空機1を制御するためのシステムコントロール部と、信号処理部9と、データ記録部10とから構成されている。これらは、飛翔体としての航空機1に搭載される。また、地上には、データ記録部10aと、国土地理院のGPSネットワークからデータを入力し高精度な位置を計算するキネマティックGPS9aと、信号処理部9が設置される。   As shown in FIG. 1, an observation apparatus used in an observation method for an observation object according to an embodiment of the present invention includes a device for transmitting and receiving observation radio waves, a flight information detection unit, and an aircraft 1 as a flying object. It comprises a system control unit for controlling, a signal processing unit 9 and a data recording unit 10. These are mounted on the aircraft 1 as a flying object. On the ground, a data recording unit 10a, a kinematic GPS 9a that inputs data from the GPS network of the Geographical Survey Institute and calculates a highly accurate position, and a signal processing unit 9 are installed.

前記観測用電波を送受信するためのデバイスは、合成開口(レーダ)アンテナ4と、切替部5と、高出力増幅器7と、送受信部8とを有している。   The device for transmitting and receiving the observation radio wave includes a synthetic aperture (radar) antenna 4, a switching unit 5, a high-power amplifier 7, and a transmission / reception unit 8.

前記送受信部8は、送信信号を高出力増幅器7に出力する。前記高出力増幅器7は、送受信部8からの送信信号を増幅して切替部5に出力する。前記切替部5は、高出力増幅器7からの増幅された送信信号を合成開口アンテナ4に出力する。また前記切替部5は、合成開口アンテナ4で受信した受信信号を送受信部8に出力する。前記送受信部8は、切替部5から出力される受信信号を信号処理して、SARレーダ生データ信号としてのI/Qビデオ信号をデータ記録部10に出力する。   The transmission / reception unit 8 outputs a transmission signal to the high-power amplifier 7. The high power amplifier 7 amplifies the transmission signal from the transmission / reception unit 8 and outputs the amplified signal to the switching unit 5. The switching unit 5 outputs the amplified transmission signal from the high power amplifier 7 to the synthetic aperture antenna 4. The switching unit 5 outputs a reception signal received by the synthetic aperture antenna 4 to the transmission / reception unit 8. The transmission / reception unit 8 processes the reception signal output from the switching unit 5 and outputs an I / Q video signal as a SAR radar raw data signal to the data recording unit 10.

前記合成開口アンテナ4は図2(a)に示すように、航空機1の胴体1aの外部下面に固定して取付けられ、その表面がレドーム11で覆われている。12は、合成開口アンテナ4と切替部5を結線しているケーブルである。本実施形態では合成開口アンテナ4として平面パッチアンテナを用いているが、これに限られるものではない。平面パッチアンテナに代えて、平面スロットアンテナなどを用いてもよく、要は、観測用のビームを被観測対象物に向けて放射し、被観測対象物で反射した反射波を受信することができる構成であれば、いずれのものでもよい。   As shown in FIG. 2A, the synthetic aperture antenna 4 is fixedly attached to the outer lower surface of the fuselage 1 a of the aircraft 1, and the surface thereof is covered with a radome 11. A cable 12 connects the synthetic aperture antenna 4 and the switching unit 5. In this embodiment, a planar patch antenna is used as the synthetic aperture antenna 4, but the present invention is not limited to this. Instead of a planar patch antenna, a planar slot antenna or the like may be used. In short, an observation beam can be emitted toward an object to be observed and a reflected wave reflected by the object to be observed can be received. Any configuration is possible.

前記飛行情報検出部は図1に示すように、ディファレンシャルGPS13と、慣性姿勢計測装置(IMU; Inertial Measurement Unit)14と、コントローラ15とから構成されている。   As shown in FIG. 1, the flight information detection unit includes a differential GPS 13, an inertial attitude measurement unit (IMU) 14, and a controller 15.

前記ディファレンシャルGPS13には、二つの方法がある。その1つは、まもなく運用が開始される運輸多目的衛星のMSUSを利用し、衛星から送信される補正信号を利用し、GPS位置データの補正を行う方法である。もう1つの方法は海上保安庁が送信するDGPS用のビーコン電波を受信し、補正信号として用いる方法である。このディファレンシャルGPS13の計測データは、データを取得するサンプリング周波数が数Hz程度の不連続なデータである。   There are two methods for the differential GPS 13. One of them is a method of correcting GPS position data by using a correction multi-purpose satellite MUS, which is about to start operation, and using a correction signal transmitted from the satellite. Another method is to receive a DGPS beacon signal transmitted by the Japan Coast Guard and use it as a correction signal. The measurement data of the differential GPS 13 is discontinuous data with a sampling frequency for acquiring data of about several Hz.

前記慣性姿勢計測装置14は、直交する3軸方向にそれぞれ設置された3個の加速計と3個のジャイロスコープから構成されている。前記加速計は、航空機1の3方向の加速度を検知し、前記ジャイロスコープは、3軸周りの角速度を検知する。   The inertial posture measuring device 14 is composed of three accelerometers and three gyroscopes installed in three orthogonal directions. The accelerometer detects accelerations in three directions of the aircraft 1, and the gyroscope detects angular velocities around three axes.

前記コントローラ15は、前記ディファレンシャルGPS13及び前記慣性姿勢計測装置14の動作を制御している。また前記コントローラ15は、前記キネマティックGPS13及び前記慣性姿勢計測装置14で取得した飛行情報を前記システムコントロール部に出力する。   The controller 15 controls the operations of the differential GPS 13 and the inertial attitude measurement device 14. The controller 15 also outputs flight information acquired by the kinematic GPS 13 and the inertial attitude measurement device 14 to the system control unit.

前記システムコントロール部は図1に示すように、前記飛行情報検出部のコントローラ15からの移動距離情報と姿勢方位角情報を受取る航空機情報入力I/F部16と、フライト・マネジメント・システム17を備えている。   As shown in FIG. 1, the system control unit includes an aircraft information input I / F unit 16 that receives movement distance information and attitude azimuth information from the controller 15 of the flight information detection unit, and a flight management system 17. ing.

フライト・マネジメント・システム17は、内蔵コンピュータが航空機1の飛行条件に応じて燃料効率を最適とする演算処理を行い、その演算データにより操縦装置(autopilot system)と推力調整装置(auto throttle system)をコントロールする機能に加えて、離陸から着陸までの全飛行領域にわたって飛行管理を自動的に行う機能を備えている。フライト・マネジメント・システム17の内蔵コンピュータは,航法データベースとして航法用データ(空港,滑走路,スポット,航空路,飛行ルートなどの情報)を記憶している。そして前記コンピュータは、水平面内の航法(lateral navigation:L-NAV)および高度方向の航法(vertical navigation:V-NAV)に関する情報をCRT画面上に提供する。   In the flight management system 17, the built-in computer performs calculation processing that optimizes fuel efficiency in accordance with the flight conditions of the aircraft 1, and the control data (autopilot system) and thrust adjustment device (auto throttle system) are used by the calculation data. In addition to the function to control, it has a function to automatically perform flight management over the entire flight area from takeoff to landing. The built-in computer of the flight management system 17 stores navigation data (information on airports, runways, spots, air routes, flight routes, etc.) as a navigation database. The computer provides information on lateral navigation (L-NAV) and altitude navigation (V-NAV) on the CRT screen.

さらに、前記フライト・マネジメント・システム17は、ディファレンシャルGPS13から出力される信号に基づいて、航空機1の位置を割出す。さらに前記フライト・マネジメント・システム17は、前記慣性姿勢計測装置14、特に加速計が出力する加速度情報を積分して速度データを算出し、その速度データを積分して距離データを算出する。さらに前記コントローラ15は、前記慣性姿勢計測装置14、特にジャイロスコープが出力する角速度情報を積分して、航空機1の姿勢方位角を算出する。   Further, the flight management system 17 determines the position of the aircraft 1 based on the signal output from the differential GPS 13. Further, the flight management system 17 integrates acceleration information output from the inertial attitude measurement device 14, particularly an accelerometer, calculates speed data, and integrates the speed data to calculate distance data. Further, the controller 15 integrates the angular velocity information output from the inertial attitude measurement device 14, particularly the gyroscope, to calculate the attitude azimuth of the aircraft 1.

さらに本発明の実施形態に係るフライト・マネジメント・システム17は、前記航空機情報入力I/F部16が受取った移動距離情報及び姿勢方位角情報などの航空機情報に基づいて、合成開口アンテナ4を被観測対象物の上空を移動させる際に、航空機1が受ける横風による偏流角のずれを補正することにより、合成開口アンテナ4の被観測対象物に対する観測方向を一致させる機能を備えている。   Furthermore, the flight management system 17 according to the embodiment of the present invention covers the synthetic aperture antenna 4 based on the aircraft information such as the travel distance information and the attitude azimuth information received by the aircraft information input I / F unit 16. When moving over the object to be observed, a function of matching the observation direction of the synthetic aperture antenna 4 with respect to the object to be observed is corrected by correcting the deviation of the drift angle caused by the crosswind received by the aircraft 1.

前記フライト・マネジメント・システム17が備えている、合成開口アンテナ4の被観測対象物に対する観測方向を一致させる機能を具体的に説明すると、フライト・マネジメント・システム17は図4に示すように、フライトコースに対する相対風向をθ度、風速をVwノット、飛翔体のフライトコースに対する偏流角をφ度とすると、偏流角φ度となる前記飛翔体の飛翔対気速度Vaを、Va=(Vwsinθ)/sinφにすることにより、複数回の前記合成開口アンテナの移動軌跡における前記飛翔体の偏流角をφ度に統一させる。ここで、国際ノットの1ノット(Kt)=1.852Kmである。   A specific description will be given of the function of the flight management system 17 that matches the observation direction of the synthetic aperture antenna 4 with respect to the object to be observed. As shown in FIG. When the relative wind direction with respect to the course is θ degrees, the wind speed is Vw knots, and the drift angle of the flying object with respect to the flight course is φ degrees, the flying air velocity Va of the flying object having the drift angle φ degree is expressed as Va = (Vwsinθ) / By setting sin φ, the drift angle of the flying object in the moving trajectory of the synthetic aperture antenna is unified to φ degrees. Here, 1 knot (Kt) of international knots = 1.852 km.

前記フライト・マネジメント・システム17は、航空機1の失速速度と最高速度が接近して速度許容範囲が狭い高高度での飛行(飛翔)を避けて、航空機1の飛行高度を、失速速度と最高速度の間の速度許容範囲が広い高度に落して、前記飛翔体を飛翔させる機能を備えている。この飛行高度の根拠について図5を用いて説明する。   The flight management system 17 avoids flying at a high altitude where the stall speed and the maximum speed of the aircraft 1 are close to each other and the allowable speed range is narrow, and the flight altitude of the aircraft 1 is set to the stall speed and the maximum speed. The speed tolerance range between the two is lowered to a high altitude, and the flying object is allowed to fly. The basis of this flight altitude will be described with reference to FIG.

図5において、航空機によるリピートパス干渉SAR観測では、観測幅が広く取れて燃料効率のよい比較的高高度、例えば13.7kmの高度を飛行し、航空機の最も効率の良い速度を使用して観測を行っている。前記高高度は、航空機の種類によるが、失速速度M1と最高速度M2が非常に接近して速度許容範囲R1が狭い高度である。   In FIG. 5, in the repeat path interferometric SAR observation by an aircraft, it is possible to fly at a relatively high altitude with a wide observation width and fuel efficiency, for example, an altitude of 13.7 km, and use the most efficient speed of the aircraft. It is carried out. Although the high altitude depends on the type of aircraft, the stall speed M1 and the maximum speed M2 are very close to each other and the allowable speed range R1 is narrow.

しかし、上述した高高度では、日によって風速、風向が変わる。しかも、季節による季節風が吹いているが、その風速は日によって大きく変化することがある。航空機が高高度を飛行する場合、失速速度と最高速度が非常に近くなり、速度を変えることが困難であった。そのため、毎回観測するたびに、偏流角が変わり、観測データを十分に活用できないという問題がある。   However, at the high altitude described above, the wind speed and direction change depending on the day. Moreover, although seasonal winds are blowing depending on the season, the wind speed may vary greatly depending on the day. When the aircraft flew at high altitudes, the stall speed and the maximum speed were very close, making it difficult to change the speed. Therefore, there is a problem that the drift angle changes every time observation is performed, and the observation data cannot be fully utilized.

そこで、本発明の実施形態に係るフライト・マネジメント・システム17は、航空機1の失速速度と最高速度が接近して速度許容範囲が狭い高高度での飛翔を避けて、航空機1の飛行高度を、失速速度M1と最高速度M2の間の速度許容範囲R2が広い高度Hに落して、前記航空機1を飛行させている。この場合、航空機1の飛行高度Hを、約3,000m〜6,200m(約1万フィート〜2万フィート)の範囲の高度に設定している。この高度Hでは、季節風の向きが一定であり、しかも、その風速が日による変化が小さい。しかも、航空機1の速度の調整可能な範囲が広いので、図4に示すように、航空機1の偏流角φを容易に制御することが可能となり、複数回のフライトにおいて、合成開口アンテナ4の被観測対象物に対する合成開口による分解能及び移動軌跡を容易に一致させることが可能となる。   Therefore, the flight management system 17 according to the embodiment of the present invention avoids flying at a high altitude where the stall speed and the maximum speed of the aircraft 1 are close to each other and the allowable speed range is narrow, and the flight altitude of the aircraft 1 is The allowable speed range R2 between the stall speed M1 and the maximum speed M2 drops to a wide altitude H, and the aircraft 1 is allowed to fly. In this case, the flight altitude H of the aircraft 1 is set to an altitude in the range of about 3,000 m to 6,200 m (about 10,000 to 20,000 feet). At this altitude H, the direction of the seasonal wind is constant, and the wind speed changes little with the day. Moreover, since the adjustable range of the speed of the aircraft 1 is wide, the drift angle φ of the aircraft 1 can be easily controlled as shown in FIG. It is possible to easily match the resolution and movement trajectory due to the synthetic aperture with respect to the observation object.

また、前記フライト・マネジメント・システム17は図8に示すように、被観測対象物の上空を航空機1に搭載した合成開口アンテナ4を水平方向に移動させる際に、1回目の観測では、風向に対し45度の角度をなすコースF1と、さらにそのコースから90度方位を回転させた、風向と−45度の角度をなすコースF2で前記合成開口アンテナ4を移動させる機能を備えている。この場合、相対的に90度異なる方向の前記移動コースF1,F2上に前記航空機1を飛翔させることが望ましい。   Further, as shown in FIG. 8, the flight management system 17 moves the synthetic aperture antenna 4 mounted on the aircraft 1 over the object to be observed in the horizontal direction. It has a function of moving the synthetic aperture antenna 4 on a course F1 having an angle of 45 degrees and a course F2 having an angle of −45 degrees with the wind direction, which is rotated 90 degrees from the course. In this case, it is desirable that the aircraft 1 fly on the moving courses F1 and F2 in directions relatively different by 90 degrees.

前記送受信部8から出力されるSAR生データとしてのI/Qビデオ信号は、航空機1のフライト毎に高度、速度、位置、そのほかGPSキネマティックポストプロセッシングに必要なデータとともに、データ記憶部10に記録して置く。そして、地上において、前記信号処理部9は図6に示すように、干渉可能なフライトコースにて取得した2組のSAR生データをデータ記録部10aから読み出しSAR画像再生処理を行う。このときに、データ記録部10aから読み出されたキネマティックポストプロセッシング用のデータと、インターネットで得られる国土地理院のGPS基準データを使用し、フライトコースの高精度同定を行い、理想的フライトコースを飛んだ場合に得られるデータと等価になるような補正を行い、干渉可能な2つのSAR画像S1,S2が得られる。そして、SAR画像S1,S2を干渉処理して干渉SAR画像S3を得る。   The I / Q video signal as SAR raw data output from the transmission / reception unit 8 is recorded in the data storage unit 10 together with altitude, speed, position, and other data necessary for GPS kinematic post-processing for each flight of the aircraft 1. And put. Then, on the ground, as shown in FIG. 6, the signal processing unit 9 reads out two sets of SAR raw data acquired on a flight course capable of interference from the data recording unit 10a and performs SAR image reproduction processing. At this time, using the kinematic post-processing data read from the data recording unit 10a and the GPS reference data of the Geographical Survey Institute available on the Internet, the flight course is identified with high accuracy, and the ideal flight course Correction is performed so as to be equivalent to the data obtained in the case of flying, and two interferable SAR images S1 and S2 are obtained. Then, interference processing is performed on the SAR images S1 and S2 to obtain an interference SAR image S3.

前記信号処理部9はさらに、干渉処理、すなわち位相差抽出を行い、干渉画像を取得する。干渉SAR画像は縞模様の色によって表現される。この縞模様の色は、同じ位置での2回のSAR画像の距離の差に応じて生じる位相差を表している。このように、位相差は観測対象物の変化量に対応するため、縞模様は、その場所における観測対象物の変化に対応している。   The signal processing unit 9 further performs interference processing, that is, phase difference extraction, and acquires an interference image. Interferometric SAR images are represented by striped colors. The color of the striped pattern represents a phase difference that occurs in accordance with the difference in distance between the two SAR images at the same position. Thus, since the phase difference corresponds to the amount of change of the observation object, the stripe pattern corresponds to the change of the observation object at that location.

前記干渉させたSAR生データ観測時のフライトコースにわずかでも差異がある場合(全く同じフライトコースでなかった場合)、干渉SAR画像データS3に、ターゲットエリアの山や丘などの高さに基づく干渉縞が含まれる。これらの干渉縞は、幾何学的な数値計算に基づいて補正を行い、その標高データによる干渉成分を削除し、地殻変動検出画像データS4を取得し、この地殻変動検出画像データS4に基づいて、地殻変動を検出する。この一連の画像処理は、汎用のものであり、本発明の特徴部分ではないので、その詳細について省略する。   If there is a slight difference in the flight course during the observation of the interfering SAR raw data (if they are not exactly the same flight course), the interference SAR image data S3 is interfered based on the height of a mountain or hill in the target area. Stripes are included. These interference fringes are corrected based on geometric numerical calculation, the interference component due to the elevation data is deleted, crustal movement detection image data S4 is obtained, and based on the crustal movement detection image data S4, Detect crustal deformation. Since this series of image processing is general-purpose and is not a feature of the present invention, the details thereof are omitted.

次に、本発明の実施形態に係る動作について説明する。   Next, an operation according to the embodiment of the present invention will be described.

本発明の実施形態において、図9に示すように、フライト・マネジメント・システム17は、第1回目のフライトのために設定したフライトコース2aに沿って航空機1を誘導しながら、航空機1に搭載された合成開口アンテナ4をフライトコース2aに沿って被観測対象物18の上空を移動させる。   In the embodiment of the present invention, as shown in FIG. 9, the flight management system 17 is mounted on the aircraft 1 while guiding the aircraft 1 along the flight course 2 a set for the first flight. The synthetic aperture antenna 4 is moved over the observation object 18 along the flight course 2a.

合成開口アンテナ4がフライトコース2aに沿って移動する際に、送受信部8は、送信信号を出力し、この送信信号を合成開口アンテナ4に送出す。合成開口アンテナ4は、受取った送信信号を被観測対象物18に向けて放射する。また、合成開口アンテナ2は、被観測対象物18で反射した反射波を受信し、その受信信号を送受信部8に出力する。   When the synthetic aperture antenna 4 moves along the flight course 2 a, the transmission / reception unit 8 outputs a transmission signal and sends this transmission signal to the synthetic aperture antenna 4. The synthetic aperture antenna 4 radiates the received transmission signal toward the object 18 to be observed. Further, the synthetic aperture antenna 2 receives the reflected wave reflected by the observed object 18 and outputs the received signal to the transmission / reception unit 8.

送受信部8は、合成開口アンテナ4からの受信信号を受取ると、この受信信号をSAR生データであるI/Qビデオ信号に変換して、このビデオ信号をデータ記録部10に出力する。   When receiving the reception signal from the synthetic aperture antenna 4, the transmission / reception unit 8 converts the reception signal into an I / Q video signal that is SAR raw data, and outputs the video signal to the data recording unit 10.

このように、第1回目の航空機1によるSAR画像の取得が終了した時点で、次のフライトまでに地殻変動が予想される設定された期間をおいて、第2回目の航空機1によるフライトを行う。   As described above, when the acquisition of the SAR image by the first aircraft 1 is completed, the second flight by the aircraft 1 is performed after a set period in which crustal deformation is expected by the next flight. .

第2回目の航空機1によるフライトは、第1回目の航空機1によるフライトを行った時期に対して時間が経過されており、航空機1が受ける横風の条件は異なっている場合がある。   The time of the flight by the second aircraft 1 has elapsed with respect to the time when the flight by the first aircraft 1 was performed, and the conditions of the crosswind received by the aircraft 1 may be different.

図3(a)に示すように、航空機1は、設定されたフライトコースF3に沿って飛行している場合、すなわち航空機1に搭載された合成開口アンテナ4が正規の飛翔方向(設定されたフライトコースF3)に沿って移動している場合には、合成開口アンテナ4の被観測対象物18に対する観測方向4aは実線で示すようになっている。   As shown in FIG. 3A, when the aircraft 1 is flying along the set flight course F3, that is, the synthetic aperture antenna 4 mounted on the aircraft 1 is in the normal flight direction (set flight). When moving along the course F3), the observation direction 4a of the synthetic aperture antenna 4 with respect to the observed object 18 is indicated by a solid line.

しかし、航空機1が横風を受けて、そのフライトコースF4が、設定されたフライトコースF3に対して角度θ1だけずれると、合成開口アンテナ4の被観測対象物18に対する観測方向4a1は2点鎖線で示すように、実線で示す正規の分解能4aに対してずれてしまう。   However, if the aircraft 1 receives a crosswind and its flight course F4 is shifted by an angle θ1 with respect to the set flight course F3, the observation direction 4a1 of the synthetic aperture antenna 4 with respect to the observation target 18 is a two-dot chain line. As shown, it deviates from the normal resolution 4a indicated by the solid line.

このように、合成開口アンテナ4による被観測対象物18に対する観測方向が1回目の観測とずれると、図10に示すように、SARデータの第1回目の観測画像のアジマス方向ドップラー信号成分G1と第2回目の観測画像のアジマス方向ドップラー信号成分G2の重なった部分が少なくなる。そこで、重なる部分を多くする必要がある。   Thus, when the observation direction of the object 18 to be observed by the synthetic aperture antenna 4 deviates from the first observation, as shown in FIG. 10, the azimuth direction Doppler signal component G1 of the first observation image of SAR data and The overlapping portion of the azimuth direction Doppler signal component G2 in the second observation image is reduced. Therefore, it is necessary to increase the overlapping parts.

第1回目の干渉SAR画像の取得を行った航空機1のフライトコース2aに沿って第2回目の航空機1による飛行を行い、合成開口アンテナ4を被観測対象物18の上空に移動させる際に、航空機1の機首の偏流角φをコントロールする。   When flying the second aperture 1 along the flight course 2a of the aircraft 1 that acquired the first interference SAR image and moving the synthetic aperture antenna 4 over the object 18 to be observed, The drift angle φ of the nose of the aircraft 1 is controlled.

図7に示すように、先ずステップS10において、フライト・マネジメント・システム17は、第2回目の航空機1による飛行情報を図1に示す飛行情報検出部から得る。フライト・マネジメント・システム17は、受取った飛行情報に基づいて、第1回目のSAR画像取得時の合成開口アンテナ4の向きと第2回目のSAR画像取得時の合成開口アンテナ4の向きが一致している場合(ステップS10のYES)、ステップS11の処理に移行して、引続いて合成開口アンテナ4の向きの一致・不一致の監視を継続して行う。   As shown in FIG. 7, first, in step S10, the flight management system 17 obtains flight information from the second aircraft 1 from the flight information detector shown in FIG. Based on the received flight information, the flight management system 17 matches the direction of the synthetic aperture antenna 4 at the time of the first SAR image acquisition with the direction of the synthetic aperture antenna 4 at the time of the second SAR image acquisition. If yes (YES in step S10), the process proceeds to step S11, and the monitoring of the coincidence / mismatch of the synthetic aperture antenna 4 is continuously performed.

フライト・マネジメント・システム17は、受取った飛行情報に基づいて、第1回目のSAR画像取得時の合成開口アンテナ4の向きと第2回目のSAR画像取得時の合成開口アンテナ4の向きが不一致であると判断した場合(ステップS10のNO)、図4に示すように、フライトコースに対して航空機1と横風の相対風向角度がθである場合、航空機1はフライトコースに対して偏流角φの方向に速度Vaで飛行することにより、フライトコースに沿って実質的に飛行することとなる。   Based on the received flight information, the flight management system 17 does not match the direction of the synthetic aperture antenna 4 at the time of the first SAR image acquisition and the direction of the synthetic aperture antenna 4 at the time of the second SAR image acquisition. When it is determined that there is (NO in step S10), as shown in FIG. 4, when the relative wind direction angle between the aircraft 1 and the cross wind is θ with respect to the flight course, the aircraft 1 has a drift angle φ with respect to the flight course. By flying at a speed Va in the direction, the flight is substantially made along the flight course.

そこで、図7の演算処理のステップS12において、フライト・マネジメント・システム17は図4に示すように、フライトコースに対する相対風向をθ度、風速をVwノット、飛翔体のフライトコースに対する偏流角をφ度とすると、偏流角φ度となる前記飛翔体の飛翔対気速度Vaを、Va=(Vwsinθ)/sinφにすることにより、複数回の前記合成開口アンテナの移動軌跡における前記飛翔体の偏流角をφ度に統一させる。   Therefore, in step S12 of the arithmetic processing in FIG. 7, as shown in FIG. 4, the flight management system 17 sets the relative wind direction with respect to the flight course to θ degrees, the wind speed to Vw knots, and the drift angle of the flying object to the flight course to φ. When the flying air velocity Va of the flying body having a drifting angle φ degree is set to Va = (Vwsinθ) / sinφ, the drifting angle of the flying object in the movement trajectory of the synthetic aperture antenna a plurality of times. Is unified to φ degrees.

フライト・マネジメント・システム17はステップS13において、合成開口アンテナ4の向きの監視を継続し、偏流角φを制御した後の合成開口アンテナ4の向きが補正した向きになったか、すなわち、航空機1の偏流角が補正された後の偏流角φに制御されているかを判断する。   In step S13, the flight management system 17 continues to monitor the direction of the synthetic aperture antenna 4 so that the direction of the synthetic aperture antenna 4 after controlling the drift angle φ has become the corrected direction, that is, the aircraft 1 It is determined whether the drift angle φ is controlled after the drift angle is corrected.

航空機1の偏流角φが補正されていない場合には、フライト・マネジメント・システム17は、航空機1の速度を制御し(ステップS14)、再度合成開口アンテナ4の向きの監視を継続し、偏流角φを補正した後の合成開口アンテナ4の向きが補正した向きになったか、すなわち、航空機1の偏流角が補正された後の偏流角φに補正されているかを判断する(ステップS15)。   If the drift angle φ of the aircraft 1 is not corrected, the flight management system 17 controls the speed of the aircraft 1 (step S14), and continues to monitor the direction of the synthetic aperture antenna 4 again. It is determined whether the direction of the synthetic aperture antenna 4 after correcting φ is the corrected direction, that is, whether the drift angle of the aircraft 1 is corrected to the drift angle φ after correction (step S15).

ステップS15において、航空機1の速度制御を行った結果、合成開口アンテナ4の向きが修正されていなければ、その向きが修正されるまで航空機1の速度制御を継続して行う(ステップS15のNO、ステップS14)。   If the direction of the synthetic aperture antenna 4 is not corrected as a result of the speed control of the aircraft 1 in step S15, the speed control of the aircraft 1 is continued until the direction is corrected (NO in step S15). Step S14).

フライト・マネジメント・システム17は、受取った飛行情報に基づいて、第1回目のSAR画像取得時の合成開口アンテナ4の向きと第2回目のSAR画像取得時の合成開口アンテナ4の向きが一致している場合(ステップS15のYES)、ステップS16の処理に移行して、引続いて合成開口アンテナ4の向きの一致・不一致の監視を継続して行う。   Based on the received flight information, the flight management system 17 matches the direction of the synthetic aperture antenna 4 at the time of the first SAR image acquisition with the direction of the synthetic aperture antenna 4 at the time of the second SAR image acquisition. If yes (YES in step S15), the process proceeds to step S16, and the monitoring of the coincidence / mismatch of the direction of the synthetic aperture antenna 4 is continuously performed.

以上の説明では、合成開口アンテナ4を一方向にのみ移動させた場合について説明したが、これに限られるのものではない。   In the above description, the case where the synthetic aperture antenna 4 is moved only in one direction has been described. However, the present invention is not limited to this.

図8に示すように、被観測対象物の上空を航空機1に搭載した合成開口アンテナ4を水平方向に移動させる際に、1回目の観測では、風向に対し45度の角度をなすコースF1と、さらにそのコースから90度方位を回転させた、風向と−45度の角度をなすコースF2で前記合成開口アンテナ4を移動させる機能を備えている。この場合、相対的に90度異なる方向の前記移動コースF1,F2上に前記航空機1を飛翔させる。   As shown in FIG. 8, when the synthetic aperture antenna 4 mounted on the aircraft 1 is moved in the horizontal direction over the object to be observed, in the first observation, the course F1 that forms an angle of 45 degrees with the wind direction In addition, the synthetic aperture antenna 4 has a function of moving the synthetic aperture antenna 4 in a course F2 which is rotated by 90 degrees from the course and forms an angle of −45 degrees with the wind direction. In this case, the aircraft 1 is caused to fly on the moving courses F1 and F2 in directions relatively different by 90 degrees.

第1回目のSAR画像データを取得した後、第2回目の合成開口アンテナ4を移動させる場合、風向きによっては、移動コースF2に沿って合成開口アンテナ4を移動させることが不可能な場合がある。   When the second synthetic aperture antenna 4 is moved after acquiring the first SAR image data, it may not be possible to move the synthetic aperture antenna 4 along the moving course F2 depending on the wind direction. .

この場合には、2つの移動コースF1,F2のうち、残りの移動コースF1に沿って合成開口アンテナ4を移動させれば、第2回目の合成開口アンテナ4によるSAR画像データの取得を行うことができる。   In this case, if the synthetic aperture antenna 4 is moved along the remaining movement course F1 out of the two movement courses F1 and F2, the SAR image data is acquired by the second synthetic aperture antenna 4. Can do.

以上説明したように本発明によれば、合成開口アンテナを移動させる際に、飛翔体が受ける横風による偏流角のずれを制御するため、複数回のフライトを行った際にも、前記補正処理に基づいて、合成開口アンテナの被観測対象物に対する観測方向がほぼ同一の範囲に収束することができる。さらに、合成開口アンテナを複数回のフライトにおいて、ほぼ同一の軌跡上を移動させることができ、ヨーステアリング機能を用いずに、干渉させられるSAR画像を得ることができる。   As described above, according to the present invention, when the synthetic aperture antenna is moved, in order to control the deviation of the drift angle caused by the crosswind received by the flying object, the correction process is performed even when a plurality of flights are performed. Based on this, it is possible to converge the observation direction of the synthetic aperture antenna with respect to the observation target within the substantially same range. Furthermore, the synthetic aperture antenna can be moved on substantially the same trajectory in a plurality of flights, and an SAR image that can be interfered can be obtained without using the yaw steering function.

本発明の実施形態に係る被観測対象物の観測装置を示す構成図である。It is a block diagram which shows the observation apparatus of the to-be-observed target which concerns on embodiment of this invention. 図2(a)は、合成開口アンテナを航空機に取付けた状態を示す正面図、図2(b)は、レドームで表面が覆われた合成開口アンテナを示す平面図、図2(c)は、レドームで表面が覆われた合成開口アンテナを断面した断面側面図である。2A is a front view showing a state in which the synthetic aperture antenna is attached to the aircraft, FIG. 2B is a plan view showing the synthetic aperture antenna whose surface is covered with a radome, and FIG. It is the cross-sectional side view which cut the synthetic aperture antenna by which the surface was covered with the radome. 図3(a)は、設定されたフライトコースを飛行している状態を示す斜視図、図3(b)は、横風を受けて飛行する状態を示す斜視図である。FIG. 3A is a perspective view showing a state of flying on a set flight course, and FIG. 3B is a perspective view showing a state of flying in response to a crosswind. 横風を受けて飛行する場合の航空機の偏流角を調整するための説明図である。It is explanatory drawing for adjusting the drift angle of the aircraft in the case of flying by receiving a crosswind. 本発明の実施形態における飛行高度を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the flight altitude in embodiment of this invention. 取得したSAR生データを干渉させて干渉SAR画像データを得るまでの流れを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the flow until it interferes with the acquired SAR raw data and acquires interference SAR image data. 本発明の実施形態における動作を説明するフロートチャートである。It is a float chart explaining the operation | movement in embodiment of this invention. 本発明の実施形態におけるフライトコースの例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of the flight course in embodiment of this invention. リピートパス干渉SAR画像を取得するための飛行状態を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the flight state for acquiring a repeat path interference SAR image. 干渉SAR画像を得るための干渉処理を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the interference process for obtaining an interference SAR image.

符号の説明Explanation of symbols

1 航空機(飛翔体)
4 合成開口(レーダ)アンテナ
9 信号処理部
10 データ記録部(搭載側)
10a データ記録再生部(地上側)
13 ディファレンシャルGPS
14 慣性姿勢計測装置
17 フライト・マネジメント・システム
1 Aircraft (aircraft)
4 Synthetic aperture (radar) antenna 9 Signal processing unit 10 Data recording unit (mounting side)
10a Data recording / playback unit (ground side)
13 Differential GPS
14 Inertial attitude measurement device 17 Flight management system

Claims (11)

被観測対象物の上空を飛翔体に搭載した合成開口アンテナを水平方向に移動させて、当該合成開口アンテナから電波を送受信するステップと、
前記合成開口アンテナで受信した反射波を画像データに信号処理するステップと、
前記ステップを繰返し実行して得た複数の画像データを干渉処理してSAR画像データを取得するステップを有し、
前記合成開口アンテナを移動させる際に、前記飛翔体が受ける横風による偏流角のずれを制御することにより、前記合成開口アンテナの前記被観測対象物に対する観測方向を統一させることを特徴とする被観測対象物の観測方法。
Moving the synthetic aperture antenna mounted on the flying object over the object to be observed in the horizontal direction and transmitting and receiving radio waves from the synthetic aperture antenna;
Signal processing the reflected wave received by the synthetic aperture antenna into image data;
A plurality of image data obtained by repetitively executing the above steps to perform interference processing to obtain SAR image data;
When the synthetic aperture antenna is moved, the observation direction of the synthetic aperture antenna with respect to the object to be observed is unified by controlling a deviation of a drift angle caused by a cross wind received by the flying object. Observation method of the object.
フライトコースに対する相対風向をθ度、風速をVwノット、フライトコースに対する飛翔体の偏流角をφ度とすると、
偏流角φ度となる前記飛翔体の飛翔対気速度Vaを、
Va=(Vwsinθ)/sinφにすることにより、
複数回の前記合成開口アンテナの移動軌跡における前記飛翔体の偏流角をφ度に統一させることを特徴とする請求項1に記載の被観測対象物の観測方法。
When the relative wind direction with respect to the flight course is θ degrees, the wind speed is Vw knots, and the drift angle of the flying object with respect to the flight course is φ degrees,
The flying airspeed Va of the flying object having a drift angle φ of
By setting Va = (Vwsinθ) / sinφ,
The observation method of an observation target object according to claim 1, wherein the drift angle of the flying object in the movement trajectory of the synthetic aperture antenna a plurality of times is unified to φ degrees.
前記飛翔体の失速速度と最高速度が接近して速度許容範囲が狭い高高度での飛翔を避けて、前記飛翔体の飛翔高度を、失速速度と最高速度の間の速度許容範囲が広い高度に落して、前記飛翔体を飛翔させることを特徴とする請求項1に記載の被観測対象物の観測方法。   Avoid flying at high altitude where the stalling speed and maximum speed of the flying object are close to each other and the allowable speed range is narrow, and the flying altitude of the flying object is increased to an altitude with a wide speed allowable range between the stalling speed and the maximum speed. The method for observing an object to be observed according to claim 1, wherein the flying object is caused to drop and fly. 前記飛翔体の飛翔高度を、約3,000m〜6,200mの範囲の高度に設定することを特徴とする請求項3に記載の被観測対象物の観測方法。   The method for observing an object to be observed according to claim 3, wherein the flying height of the flying object is set to an altitude in a range of about 3,000 m to 6,200 m. 被観測対象物の上空を飛翔体に搭載した合成開口アンテナを水平方向に移動させる際に、方向が異なる移動コースに前記合成開口アンテナを移動させて、画像データを取得することを特徴とする請求項1に記載の被観測対象物の観測方法。   When moving the synthetic aperture antenna mounted on the flying object in the horizontal direction over the object to be observed, the synthetic aperture antenna is moved to a moving course having a different direction to acquire image data. Item 2. An observation method of an object to be observed according to Item 1. 前記移動コースを相対的に90度異なる方向に設定することを特徴とする請求項5に記載の被観測対象物の観測方法。   6. The observation method of the observation target object according to claim 5, wherein the moving course is set in a direction that is relatively different by 90 degrees. 被観測対象物の上空を飛翔体に搭載されて移動しながら、電波を送受信する合成開口アンテナと、
前記合成開口アンテナで受信した反射波を画像化した複数の画像データを干渉処理してSAR干渉画像を得る信号処理部と、
前記合成開口アンテナを移動させる際に、前記飛翔体が受ける横風による偏流角のずれを制御することにより、前記合成開口アンテナの前記被観測対象物に対する観測方向を一致させる機能を備えたフライト・マネジメント・システムを有することを特徴とする被観測対象物の観測装置。
A synthetic aperture antenna that transmits and receives radio waves while moving on a flying object over the object to be observed;
A signal processing unit that obtains a SAR interference image by performing interference processing on a plurality of image data obtained by imaging the reflected wave received by the synthetic aperture antenna;
Flight management having a function of matching the observation direction of the synthetic aperture antenna with respect to the object to be observed by controlling the deviation of the drift angle caused by the cross wind received by the flying object when moving the synthetic aperture antenna An observation apparatus for an object to be observed characterized by having a system.
前記フライト・マネジメント・システムは、
フライトコースに対する相対風向をθ度、風速をVwノット、フライトコースに対する飛翔体の偏流角をφ度とすると、
偏流角φ度となる前記飛翔体の飛翔対気速度Vaを、
Va=(Vwsinθ)/sinφにすることにより、
複数回の前記合成開口アンテナの移動軌跡における前記飛翔体の偏流角をφ度に統一させる機能を備えていることを特徴とする請求項7に記載の被観測対象物の観測装置。
The flight management system
When the relative wind direction with respect to the flight course is θ degrees, the wind speed is Vw knots, and the drift angle of the flying object with respect to the flight course is φ degrees,
The flying airspeed Va of the flying object having a drift angle φ of
By setting Va = (Vwsinθ) / sinφ,
The observation apparatus for an object to be observed according to claim 7, further comprising a function of unifying the drift angle of the flying object in the movement trajectory of the synthetic aperture antenna a plurality of times to φ degrees.
前記フライト・マネジメント・システムは、
前記飛翔体の失速速度と最高速度が接近して速度許容範囲が狭い高高度での飛翔を避けて、前記飛翔体の飛翔高度を、失速速度と最高速度の間の速度許容範囲が広い高度に落して、前記飛翔体を飛翔させる機能を備えていることを特徴とする請求項7に記載の被観測対象物の観測装置。
The flight management system
Avoid flying at high altitude where the stalling speed and maximum speed of the flying object are close to each other and the allowable speed range is narrow, and the flying altitude of the flying object is increased to an altitude with a wide speed allowable range between the stalling speed and the maximum speed. The observation apparatus for an object to be observed according to claim 7, wherein the observation apparatus has a function of dropping and flying the flying object.
前記フライト・マネジメント・システムは、
被観測対象物の上空を飛翔体に搭載した合成開口アンテナを水平方向に移動させる際に、方向が異なる移動コースに前記合成開口アンテナを移動させる機能を備えていることを特徴とする請求項7に記載の被観測対象物の観測装置。
The flight management system
8. A function of moving the synthetic aperture antenna to a moving course having a different direction when the synthetic aperture antenna mounted on the flying object is moved in the horizontal direction over the object to be observed. An observation device for an object to be observed described in 1.
前記フライト・マネジメント・システムは、
相対的に90度異なる方向の前記移動コース上に前記飛翔体を飛翔させる機能を備えていることを特徴とする請求項10に記載の被観測対象物の観測装置。
The flight management system
The observation apparatus for an object to be observed according to claim 10, comprising a function of causing the flying object to fly on the moving course in a direction that is relatively different by 90 degrees.
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