JP2010078396A - 干渉合成開口レーダシステム、処理方法、飛行体制御装置、飛行体制御方法及びプログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】合成開口レーダ衛星200の軌道と合成開口レーダ衛星100が観測した観測対象物の位置とに基づいて合成開口レーダ衛星200のオフナディア角θ2を算出し、合成開口レーダ衛星200のオフナディア角が算出したオフナディア角θ2になるように合成開口レーダ衛星200のアンテナの指向性を設定する。次に、合成開口レーダ衛星100のオフナディア角θ1と合成開口レーダ衛星100が放射する電波の周波数帯域f1±B1/2と算出した合成開口レーダ衛星200のオフナディア角θ2とに基づいて合成開口レーダ衛星200が放射する電波の周波数帯域f2±B2/2を算出し、合成開口レーダ衛星200が放射する電波の周波数帯域を算出した周波数帯域f2±B2/2に設定する。
【選択図】図8
Description
飛行体に搭載される観測装置は様々なものがあるが、その中でも広い用途に用いられるものとして、合成開口レーダ(SAR:Synthetic Aperture Rader)がある(例えば、特許文献1参照)。
特に、高度が異なる2つの合成開口レーダの軌道を地表に投影した軌跡は2つの合成開口レーダ間で全く異なるものとなるため、観測対象物に対する相対的な位置が大幅に変化してしまう。さらに、同じ周波数条件での観測では、高度が異なる2つの合成開口レーダ同士の軌道間距離が大きいほど2つの合成開口レーダ衛星の観測データの相関度が低下する。そのため、2つの衛星における軌道間距離を適切に保つことが難しく、観測データの相関度を保てないという問題があった。
図1は、本発明の一実施形態による干渉合成開口レーダシステムの構成を示す概略ブロック図である。
干渉合成開口レーダシステムは、合成開口レーダ衛星100(第1の飛行体)と、合成開口レーダ衛星200(第2の飛行体)と、解析装置300(飛行体制御装置)とを備える。合成開口レーダ衛星100と合成開口レーダ衛星200は高度の異なる軌道に乗っている。
合成開口レーダ衛星100は、対陸上アンテナ101と、制御情報受信部102と、制御部103と、指向性アンテナ104(アンテナ)と、電波送受信部105と、観測データ生成部106と、観測データ送信部107とを備える。
制御情報受信部102は、対陸上アンテナ101を介して解析装置300から観測の制御に関する制御情報を受信する。
制御部103は、制御情報受信部102が受信した制御情報に基づいて電波送受信部105の制御を行う。
指向性アンテナ104は、予め決定されたオフナディア角により電波を放射するように固定されている。
電波送受信部105は、制御部103の制御に基づいて指向性アンテナ104を介して予め決定された周波数帯域で観測対象物に対して電波を放射し、反射した電波を受信する。
観測データ生成部106は、電波送受信部105が受信した電波から観測データを生成する。
観測データ送信部107は、対陸上アンテナ101を介して解析装置300に観測データを送信する。
合成開口レーダ衛星200は、対陸上アンテナ201と、制御情報受信部202と、制御部203と、指向性アンテナ204(アンテナ)と、電波送受信部205と、観測データ生成部206と、観測データ送信部207とを備える。
制御情報受信部202は、対陸上アンテナ201を介して解析装置300から観測の制御に関する制御情報を受信する。
制御部203は、制御情報受信部202が受信した制御情報に基づいて電波送受信部205の制御や指向性アンテナ204の指向性の角度の制御を行う。
指向性アンテナ204は、電気的に指向性の角度を制御することができる。指向性アンテナ204には、例えばフェーズドアレイアンテナ等を用いる。
電波送受信部205は、制御部203の制御に基づいて指向性アンテナ204を介して観測対象物に対して電波を放射し、反射した電波を受信する。
観測データ生成部206は、電波送受信部205が受信した電波から観測データを生成する。
観測データ送信部207は、対陸上アンテナ201を介して解析装置300に観測データを送信する。
つまり、合成開口レーダ100はオフナディア角と放射する電波の周波数が固定であるが、合成開口レーダ200はオフナディア角と放射する電波の周波数を解析装置300から受信する制御情報に基づいて変化させることができる。
解析装置300は、対衛星アンテナ301と、軌道予測部302(軌道算出部)と、軌道決定部303(軌道算出部)と、オフナディア角算出部304と、周波数帯域算出部305と、衛星情報記憶部306と、制御情報生成部307と、制御情報送信部308と、観測データ受信部309と、観測データ記憶部310と、観測データフィルタ部311と、干渉処理部312とを備える。
軌道予測部302は、合成開口レーダ100及び合成開口レーダ200が観測を行う前に、合成開口レーダ100及び合成開口レーダ200が観測を行う軌道を算出する。
軌道決定部303は、合成開口レーダ100及び合成開口レーダ200が観測を行った後に、合成開口レーダ100及び合成開口レーダ200が観測を行った軌道を決定する。
オフナディア角算出部304は、軌道予測部302が予測した合成開口レーダ200の軌道と観測対象物の位置とに基づいてオフナディア角を算出する。
周波数帯域算出部305は、衛星情報記憶部306に予め登録されている合成開口レーダ100のオフナディア角及び合成開口レーダ100が放射する電波の周波数帯域と、オフナディア角算出部304が算出したオフナディア角とに基づいて合成開口レーダ200が放射する電波の周波数帯域を算出する。
制御情報生成部307は、軌道予測部302が予測した軌道に基づいて合成開口レーダ衛星100及び合成開口レーダ衛星200の制御情報を生成する。
制御情報送信部308は、対衛星アンテナ301を介して合成開口レーダ衛星100及び合成開口レーダ衛星200に制御情報を送信する。
観測データ受信部309は、対衛星アンテナ301を介して合成開口レーダ衛星100及び合成開口レーダ衛星200から観測データを受信し、観測データ記憶部310に登録する。
観測データフィルタ部311は、観測データ記憶部310が記憶する合成開口レーダ衛星100及び合成開口レーダ衛星200の観測データから、当該2つの観測データの地表投影波数スペクトルが重なる部分を取り出す。地表投影波数スペクトルは、角振動数と波数の関数であり、例えば波数空間と時間のフーリエ変換の形などで表される。
干渉処理部312は、軌道決定部が決定した1回目の観測における軌道及び2回目の観測における軌道と、観測データフィルタ部311が前記地表投影波数の重なる部分を取り出した合成開口レーダ衛星100及び合成開口レーダ衛星200の観測データとに基づいて干渉合成開口レーダ処理を行う。
そして、本実施形態による干渉合成開口レーダシステムにより、干渉合成開口レーダシステムは高度が異なる合成開口レーダ衛星100と合成開口レーダ衛星200との間で観測対象物を一致させ、2つの衛星の観測データ間の相関を適切に保つ処理を行う。
まず、合成開口レーダ衛星100が観測を行う際の干渉合成開口レーダシステムの動作を説明する。
図5は、合成開口レーダ衛星100が観測を行う際の干渉合成開口レーダシステムの動作を示すシーケンス図である。
まず、観測を行う前に、解析装置300の軌道予測部302は、予め得られている合成開口レーダ衛星100の現時点までの軌道に基づいて、合成開口レーダ衛星100の将来の軌道の計算を行い、観測時における合成開口レーダ衛星100の予測軌道を算出する(ステップS101)。観測の軌道を算出すると、制御情報生成部307は、観測対象物の位置と、現在の合成開口レーダ衛星の位置と、予測した軌道とに基づいて、観測の制御情報を生成する(ステップS102)。制御情報には、観測開始時刻、観測時間等が含まれる。制御情報を生成すると、制御情報送信部308は、対衛星アンテナ301を介して合成開口レーダ衛星100に制御情報を送信する(ステップS103)。
以上が、合成開口レーダ衛星100が観測を行う際の干渉合成開口レーダシステムの動作である。
図6は、合成開口レーダ衛星200が観測を行う際の干渉合成開口レーダシステムの動作を示すシーケンス図である。
合成開口レーダ衛星100による観測が終了すると、解析装置300の軌道予測部302は、予め得られている合成開口レーダ衛星200の現時点までの軌道に基づいて、合成開口レーダ衛星200の将来の軌道の計算を行い、観測時における合成開口レーダ衛星200の予測軌道を算出する(ステップS201)。
図7は、合成開口レーダ衛星100のオフナディア角と合成開口レーダ衛星200のオフナディア角を示す図である。
まず、オフナディア角算出部304は、軌道決定部303が決定した合成開口レーダ衛星100の軌道から合成開口レーダ衛星100の高度H1を算出する。またオフナディア角算出部304は、軌道予測部302が算出した合成開口レーダ衛星200の予測軌道から合成開口レーダ衛星200の高度H2を算出する。次に、オフナディア角算出部304は、合成開口レーダ衛星100の軌道と合成開口レーダ衛星200の予測軌道から合成開口レーダ衛星100と合成開口レーダ衛星200との間の地上軌跡における軌道間距離dを算出する。合成開口レーダ衛星100の高度H1、合成開口レーダ衛星200の高度H2、軌道間距離dを算出すると、オフナディア角算出部304は、合成開口レーダ衛星100の高度H1と合成開口レーダ衛星200の高度H2と軌道間距離dと衛星情報記憶部306に記憶されている合成開口レーダ衛星100のオフナディア角θ1とを用いて合成開口レーダ衛星200のオフナディア角θ2を算出する。このとき、オフナディア角θ2は近似的に式(1)で示される。
図8は、合成開口レーダ衛星100と合成開口レーダ衛星200の周波数帯域及び地表投影波数スペクトルを示す図である。
周波数帯域算出部305は、合成開口レーダ衛星200の観測帯域の地表投影波数スペクトルが、図8に示すように合成開口レーダ衛星100の観測帯域の地表投影波数スペクトルと重なりを持つように、合成開口レーダ衛星200が放射する電波の周波数帯域を設定する。合成開口レーダ衛星100の地表投影波長スペクトルkg1min〜kg1maxと周波数帯域f1±B1/2の関係は、式(2)、式(3)で示される。
また、式(3)のkg1maxは、合成開口レーダ衛星100の観測帯域の地表投影波数スペクトルの最大値を示す。
また、式(5)のkg2maxは、合成開口レーダ衛星200の観測帯域の地表投影波数スペクトルの最大値を示す。
これにより、合成開口レーダ衛星100の地表投影波数スペクトルkg1min〜kg1maxと合成開口レーダ衛星200の地表投影波数スペクトルkg2min〜kg2maxとの間に重なり部分ができるため、合成開口レーダ衛星100の観測データと合成開口レーダ衛星200の観測データとの間の相関性を確保することができる。
なお、図8では、2つの合成開口レーダ衛星の地表投影波数スペクトルの関係がkg1min>kg2minかつkg2max>kg1maxである場合を示しているが、これに限られず、式(6)、式(7)を満たしていればkg1min≦kg2minまたはkg2max≦kg1maxであっても良い。つまり、2つの合成開口レーダ衛星の地表投影波数スペクトルが重なりを持っていれば良い。
以上がステップS203による周波数帯域の算出方法である。
以上が、合成開口レーダ衛星200が観測を行う際の干渉合成開口レーダシステムの動作である。
次に、干渉処理部312は、決定した合成開口レーダ衛星100の軌道と決定した合成開口レーダ衛星200の軌道とに基づいて、合成開口レーダ衛星100と合成開口レーダ衛星200との間の軌道間距離を算出する。例えば、合成開口レーダ衛星100の観測における軌道の中心座標と合成開口レーダ衛星200の観測における軌道の中心座標との間の距離を計算することで軌道間距離を算出する。
合成開口レーダ衛星100及び合成開口レーダ衛星200の観測による合成開口レーダ画像を生成し、軌道間距離を算出すると、干渉処理部312は、合成開口レーダ衛星100及び合成開口レーダ衛星200の観測による合成開口レーダ画像の干渉処理を行い、干渉画像から軌道間距離による誤差を除去することで、干渉合成開口レーダ処理を行う。
例えば、本実施形態では、解析装置300が制御情報の生成と観測データの受信を行う場合を説明したが、これに限られず、制御情報の生成を行う装置と観測データの受信を行う装置を別の装置としても良い。
図9は、制御部が指向性アンテナを物理的に駆動させる合成開口レーダ衛星200の構成を示す概略ブロック図である。
合成開口レーダ衛星200は、さらに駆動機構208を備える。制御部203は、制御情報が示す指向性の制御情報に基づいて、駆動機構208に制御命令を送信する。制御命令を受信すると、駆動機構208は、指向性アンテナを物理的に駆動させ、指向性アンテナ104の指向性の角度を制御する。
図10は、合成開口レーダ衛星200の姿勢を制御することで指向性の角度を制御する合成開口レーダ衛星200の構成を示す概略ブロック図である。
合成開口レーダ衛星200は、さらに衛星姿勢制御部209を備える。制御部203は、制御情報が示す指向性の制御情報に基づいて、衛星姿勢制御部209に制御命令を送信する。制御命令を受信すると、衛星姿勢制御部209は、合成開口レーダ衛星200の姿勢を制御し、指向性アンテナ204から放射される電波の角度を制御する。
また、合成開口レーダ衛星と合成開口レーダを備える航空機との間の干渉合成開口レーダ観測を行っても良い。この場合、合成開口レーダ衛星と航空機のどちらが指向性の制御を行っても良い。
Claims (8)
- 観測対象物の観測を行う第1の飛行体と、前記観測対象物の観測を行う第2の飛行体と、解析装置とを備える干渉合成開口レーダシステムであって、
前記第1の飛行体は、
アンテナを介して、前記観測対象物に対して電波を放射し、当該観測対象物で反射した電波を受信する電波送受信部と、
前記受信した電波から観測データを生成する観測データ生成部と、
前記解析装置に前記観測データを送信する観測データ送信部と、
を備え、
前記解析装置は、
前記第1の飛行体の軌道及び前記第2の飛行体の軌道を算出する軌道算出部と、
前記算出した第1の飛行体の軌道と前記観測対象物の位置とに基づいて第2の飛行体の観測におけるオフナディア角を算出するオフナディア角算出部と、
前記第1の飛行体の観測におけるオフナディア角と、前記第1の飛行体が放射する電波の周波数帯域と、前記算出した第2の飛行体の観測におけるオフナディア角とに基づいて前記第2の飛行体が放射する電波の周波数帯域を算出する周波数帯域算出部と、
前記第2の飛行体のアンテナの指向性を前記算出したオフナディア角に設定し、前記第2の飛行体が放射する電波の周波数帯域を前記算出した周波数帯域に設定することを示す制御情報を生成する制御情報生成部と、
前記第2の飛行体に前記生成した制御情報を送信する制御情報送信部と、
を備え、
前記第2の飛行体は、
前記解析装置から前記制御情報を受信する制御情報受信部と、
前記受信した制御情報に基づいてアンテナの指向性の角度と放射する電波の周波数帯域を制御する制御部と、
前記アンテナを介して前記観測対象物に対して電波を放射し、当該観測対象物で反射した電波を受信する電波送受信部と、
前記受信した電波から観測データを生成する観測データ生成部と、
前記解析装置に前記観測データを送信する観測データ送信部と、
を備えることを特徴とする干渉合成開口レーダシステム。 - 前記解析装置は、
前記第1の飛行体及び前記第2の飛行体から観測データを受信する観測データ受信部と、
前記算出した第1の飛行体の軌道と前記算出した第2の飛行体の軌道と前記受信した第1の飛行体の観測データと前記地表投影波数スペクトルが重なる部分を取り出した第2の飛行体の観測データとに基づいて干渉合成開口レーダ処理を行う干渉処理部と、
を備えることを特徴とする干渉合成開口レーダシステム。 - 前記解析装置の周波数帯域算出部が算出する前記第2の飛行体が放射する電波の周波数帯域は、
第1の飛行体が放射する電波の中心周波数をf1、第1の飛行体が放射する電波の帯域幅B1、第2の飛行体が放射する電波の中心周波数をf2、第2の飛行体が放射する電波の帯域幅をB2、第1の飛行体が放射する電波の第1の飛行体の観測範囲のニア側における入射角をi1N、第2の飛行体が放射する電波の第2の飛行体の観測範囲のニア側における入射角をi2N、第1の飛行体が放射する電波の第1の飛行体の観測範囲のファー側における入射角をi1F、第2の飛行体が放射する電波の第2の飛行体の観測範囲のファー側における入射角をi2F、sin(i1N)/sin(i2N)とsin(i1F)/sin(i2F)のうち最小のものを示す関数をmin(sin(i1N)/sin(i2N),sin(i1F)/sin(i2F))、sin(i1N)/sin(i2N)とsin(i1F)/sin(i2F)のうち最大のものを示す関数をmax(sin(i1N)/sin(i2N),sin(i1F)/sin(i2F))とした場合の、
前記解析装置は、
前記受信した第2の飛行体の観測データ及び前記受信した第1の飛行体の観測データから、当該2つの観測データの地表投影波数が重なる部分を取り出す観測データフィルタ部をさらに備える、
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の干渉合成開口レーダシステム。 - 観測対象物の観測を行う第1の飛行体と、前記観測対象物の観測を行う第2の飛行体と、解析装置とを備える干渉合成開口レーダシステムを用いた処理方法であって、
前記第1の飛行体の電波送受信部は、アンテナを介して、前記観測対象物に対して電波を放射し、当該観測対象物で反射した電波を受信し、
前記第1の飛行体の観測データ生成部は、前記受信した電波から観測データを生成し、
前記第1の飛行体の観測データ送信部は、前記解析装置に前記観測データを送信し、
前記解析装置の軌道算出部は、前記第1の飛行体の軌道及び前記第2の飛行体の軌道を算出し、
前記解析装置のオフナディア角算出部は、前記算出した第1の飛行体の軌道と前記観測対象物の位置とに基づいて第2の飛行体の観測におけるオフナディア角を算出し、
前記解析装置の周波数帯域算出部は、前記第1の飛行体の観測におけるオフナディア角と、前記第1の飛行体が放射する電波の周波数帯域と、前記算出した第2の飛行体の観測におけるオフナディア角とに基づいて前記第2の飛行体が放射する電波の周波数帯域を算出し、
前記解析装置の制御情報生成部は、前記第2の飛行体のアンテナの指向性を前記算出したオフナディア角に設定し、前記第2の飛行体が放射する電波の周波数帯域を前記算出した周波数帯域に設定することを示す制御情報を生成し、
前記解析装置の制御情報送信部は、前記第2の飛行体に前記生成した制御情報を送信し、
前記第2の飛行体の制御情報受信部は、前記解析装置から前記制御情報を受信し、
前記第2の飛行体の制御部は、前記受信した制御情報に基づいてアンテナの指向性の角度と放射する電波の周波数帯域を制御し、
前記第2の飛行体の電波送受信部は、前記アンテナを介して前記観測対象物に対して電波を放射し、当該観測対象物で反射した電波を受信し、
前記第2の飛行体の観測データ生成部は、前記受信した電波から観測データを生成し、
前記第2の飛行体の観測データ送信部は、前記解析装置に前記観測データを送信する、
ことを特徴とする処理方法。 - 第1の飛行体が観測を行う観測対象物と同一の観測対象物の観測を行う第2の飛行体の制御情報を生成する飛行体制御装置であって、
前記第1の飛行体の軌道及び前記第2の飛行体の軌道を算出する軌道算出部と、
前記算出した第1の飛行体の軌道と前記観測対象物の位置とに基づいて第2の飛行体の観測におけるオフナディア角を算出するオフナディア角算出部と、
前記第1の飛行体の観測におけるオフナディア角と、前記第1の飛行体が放射する電波の周波数帯域と、前記算出した第2の飛行体の観測におけるオフナディア角とに基づいて前記第2の飛行体が放射する電波の周波数帯域を算出する周波数帯域算出部と、
前記第2の飛行体のアンテナの指向性を前記算出したオフナディア角に設定し、前記第2の飛行体が放射する電波の周波数帯域を前記算出した周波数帯域に設定することを示す制御情報を生成する制御情報生成部と、
前記第2の飛行体に前記生成した制御情報を送信する制御情報送信部と、
を備えることを特徴とする飛行体制御装置。 - 第1の飛行体が観測を行う観測対象物と同一の観測対象物の観測を行う第2の飛行体の制御情報を生成する飛行体制御装置を用いた飛行体制御方法であって、
軌道算出部は、前記第1の飛行体の軌道及び前記第2の飛行体の軌道を算出し、
オフナディア角算出部は、前記算出した第1の飛行体の軌道と前記観測対象物の位置とに基づいて第2の飛行体の観測におけるオフナディア角を算出し、
周波数帯域算出部は、前記第1の飛行体の観測におけるオフナディア角と、前記第1の飛行体が放射する電波の周波数帯域と、前記算出した第2の飛行体の観測におけるオフナディア角とに基づいて前記第2の飛行体が放射する電波の周波数帯域を算出し、
制御情報生成部は、前記第2の飛行体のアンテナの指向性を前記算出したオフナディア角に設定し、前記第2の飛行体が放射する電波の周波数帯域を前記算出した周波数帯域に設定することを示す制御情報を生成し、
制御情報送信部は、前記第2の飛行体に前記生成した制御情報を送信する、
ことを特徴とする飛行体制御方法。 - 第1の飛行体が観測を行う観測対象物と同一の観測対象物の観測を行う第2の飛行体の制御情報を生成する飛行体制御装置を、
前記第1の飛行体の軌道及び前記第2の飛行体の軌道を算出する軌道算出部、
前記算出した第1の飛行体の軌道と前記観測対象物の位置とに基づいて第2の飛行体の観測におけるオフナディア角を算出するオフナディア角算出部、
前記第1の飛行体の観測におけるオフナディア角と、前記第1の飛行体が放射する電波の周波数帯域と、前記算出した第2の飛行体の観測におけるオフナディア角とに基づいて前記第2の飛行体が放射する電波の周波数帯域を算出する周波数帯域算出部、
前記第2の飛行体のアンテナの指向性を前記算出したオフナディア角に設定し、前記第2の飛行体が放射する電波の周波数帯域を前記算出した周波数帯域に設定することを示す制御情報を生成する制御情報生成部、
前記第2の飛行体に前記生成した制御情報を送信する制御情報送信部、
として機能させるためのプログラム。
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