JP2507897B2 - Imaging method of object by radio radiometer - Google Patents

Imaging method of object by radio radiometer

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JP2507897B2
JP2507897B2 JP11847190A JP11847190A JP2507897B2 JP 2507897 B2 JP2507897 B2 JP 2507897B2 JP 11847190 A JP11847190 A JP 11847190A JP 11847190 A JP11847190 A JP 11847190A JP 2507897 B2 JP2507897 B2 JP 2507897B2
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耕司 小見山
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、一般に人工衛星あるいは航空機等の移動
体に搭載し、リモートセンシングに用いるイメージング
放射計に関し、さらに詳細には小型のアンテナにより構
成できる固定アンテナ基線の干渉計型の電波放射計を目
標物に対して相対的に移動させ、目標物から放射される
放射電磁波を連続して受信し、干渉計出力として得られ
るコヒーレンス関数に開口合成処理を施すことにより、
移動方向に高い空間分解能をもって広範囲の目標物を連
続的に探知することのできる電波放射計による物体の結
像方法に関するものである。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to an imaging radiometer generally mounted on a mobile body such as an artificial satellite or an aircraft and used for remote sensing, and more specifically, it can be configured by a small antenna. An interferometer-type radiometer with a fixed antenna base line is moved relative to the target object to continuously receive radiated electromagnetic waves emitted from the target object, and aperture synthesis processing is performed on the coherence function obtained as the interferometer output. By applying
The present invention relates to an imaging method of an object by a radioradiometer capable of continuously detecting a wide range of targets with high spatial resolution in the moving direction.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、電波による人工衛星や航空機などの移動体から
の地球表面のパッシブリモートセンシングには、第8図
に示すようにアンテナビームBの指向性幅がアンテナA
の大きさにより決定される実開口アンテナを備える電波
放射計が多く用いられている。第8図は人工衛星に搭載
されている電波放射計のアンテナAと、地表面Tの分割
能の関係を説明するための図で、Bはアンテナビーム、
Pは地表面空間分解能、Dは人工衛星の進行方向、Sは
アンテナビームBの走査方向、SWは前記地表面Tの観測
幅を示す。ここでは、装置の大きさに比べて十分遠い位
置関係を点線で表している。この方法では移動体の進行
方向Dではこれに伴うアンテナビームBの移動により、
また、これに直交する走査方向SではアンテナAの機械
的な回転によるアンテナビームBの走査またはアンテナ
アレーの場合には、電気的な走査により地表面Tの2次
元の観測が行なわれている。このため、地表面Tでの空
間分解能PはアンテナビームBにより決定され、さらに
ビーム幅はアンテナAの開口面の大きさに逆比例し電波
の波長に比例するので、高い分解能により細かく観測す
る場合には、アンテナAを大きくするか電波の波長を短
くしなければならない。パッシブリモートセンシングで
は測定しようとする物理情報によって最適な観測波長が
ほぼ決まっているので、高い地表面空間分解能Pを得よ
うとするにはアンテナAを大きくしなければならないと
いう欠点があった。そして、大型アンテナの付加は移動
体の運行上困難であったり、他の観測機器等の搭載を妨
げたり等の理由により制限され、例えば現在打ち上げら
れている人工衛星搭載放射計の地表面Tの空間分解能P
の細かさは、10GHz以上の周波数帯においても10Km以上
の程度である。
Conventionally, for passive remote sensing of the earth's surface from a mobile body such as an artificial satellite or an aircraft by radio waves, as shown in FIG.
A radio radiometer equipped with an actual aperture antenna that is determined by the size of is often used. FIG. 8 is a diagram for explaining the relationship between the dividing ability of the antenna A of the radiometer installed on the artificial satellite and the ground surface T, and B is the antenna beam.
P is the ground surface spatial resolution, D is the traveling direction of the satellite, S is the scanning direction, S W of the antenna beam B shows the observed width of the ground surface T. Here, the positional relationship which is sufficiently far from the size of the device is represented by a dotted line. In this method, in the traveling direction D of the moving body, the antenna beam B moves accordingly,
Also, in the scanning direction S orthogonal to this, two-dimensional observation of the ground surface T is performed by electrical scanning in the case of antenna beam B scanning by antenna A mechanical rotation or antenna array. For this reason, the spatial resolution P on the ground surface T is determined by the antenna beam B, and the beam width is inversely proportional to the size of the aperture surface of the antenna A and proportional to the wavelength of the radio wave. Therefore, the antenna A must be increased or the wavelength of the radio wave must be shortened. In the passive remote sensing, since the optimum observation wavelength is almost determined by the physical information to be measured, there is a drawback that the antenna A must be made large in order to obtain a high ground surface spatial resolution P. The addition of a large antenna is limited due to reasons such as the difficulty of operation of the moving body and the obstruction of the mounting of other observation equipment. For example, the ground surface T of the currently launched satellite-based radiometer is limited. Spatial resolution P
The fineness of is about 10 km or more even in the frequency band of 10 GHz or more.

また、従来よりインコヒーレント信号の観測方法とし
てのファンチッテル・ツェルニケの定理に基づく電波干
渉計を用いた開口合成法は、大型アンテナを用いずに大
型アンテナと等価な空間分解能を実現する方法として公
知である。この方法は、電波天文学における天体観測に
用いられているように、具体的には地上に設置した複数
個の小型アンテナのうち2個を組み合わせて、それらの
出力信号間の相関を測定する操作を異なる組み合わせに
対して繰り返すか、または第9図に示すように、地表面
Tに設置した移動可能な電波干渉計を構成する2個の小
型のアンテナA1,A2の相対位置を変えながら同様の測定
をアンテナAの広い領域をカバーするように行ない、こ
れにより得られる2次元の相関関数(コヒーレンス関
数)に開口合成処理を施すことにより、アンテナAの大
きさと同等の高い空間分解能のアンテナAのつくる仮想
的なビームBSをもって天空の放射強度分布が得られるも
のである。なお、Cは信号相関器である。
Further, conventionally, the aperture synthesis method using a radio interferometer based on the Fantittel-Zernike theorem as a method of observing incoherent signals is known as a method of realizing a spatial resolution equivalent to a large antenna without using a large antenna. is there. This method, as used in astronomical observations in radio astronomy, specifically combines two small antennas on the ground and measures the correlation between their output signals. Repeat for different combinations, or as shown in FIG. 9, while changing the relative positions of the two small antennas A 1 and A 2 that make up the movable radio interferometer installed on the ground surface T, the same. Is performed so as to cover a wide area of the antenna A, and the two-dimensional correlation function (coherence function) thus obtained is subjected to aperture synthesis processing to obtain an antenna A having a high spatial resolution equivalent to the size of the antenna A. The radiation intensity distribution in the sky can be obtained by the virtual beam B S created by. Note that C is a signal correlator.

この方法では個々のアンテナA1,A2が小型であっても
電波干渉計の最大アンテナ間隔(基線長)と同じ大きさ
のアンテナと同等の高い空間分解能が得られるが、高い
空間分解能を得ようとすると、できるだけ長い基線長ま
でのコヒーレンス関数の測定が必要となる。このために
は、地上に多くのアンテナを設置するか、あるいは広範
囲にアンテナを移動させる操作が必要となる。そこで、
できるだけアンテナ数を少なくまた移動も少なくしよう
とする方法として、電波天文では地球の回転を利用して
2個のアンテナの電波干渉計の基線を回転させる超合成
という方法が知られている。
With this method, even if the individual antennas A 1 and A 2 are small, the same high spatial resolution as that of an antenna of the same size as the maximum antenna spacing (baseline length) of the radio interferometer can be obtained. If so, it is necessary to measure the coherence function up to the longest possible baseline length. For this purpose, it is necessary to install many antennas on the ground or move the antennas over a wide area. Therefore,
As a method of reducing the number of antennas and moving as much as possible, a method known as radio astronomy is supersynthesis in which the base line of a radio interferometer with two antennas is rotated by utilizing the rotation of the earth.

これは第9図のような電波干渉計の場合には、アンテ
ナA1,A2を地上に固定したまま地球が自転すると固定の
天空から到来する電磁波に対して電波干渉計を構成する
片方のアンテナの周りを他のアンテナが回りながら測定
するという動作が行なわれたことになり、アンテナAと
いう広い領域の中で円環状のコヒーレンス関数の測定が
できるという方法である。この方法で平面状に測定デー
タを得るにはアンテナ間隔を変えて上記の測定を繰り返
すことになる。
In the case of the radio interferometer as shown in Fig. 9, this is because one of the radio interferometers that composes the radio interferometer for the electromagnetic waves coming from the fixed sky when the earth rotates while the antennas A 1 and A 2 are fixed on the ground. This is a method in which measurement is performed while another antenna is rotating around the antenna, and the annular coherence function can be measured in a wide area of the antenna A. In order to obtain the measurement data in a plane by this method, the antenna interval is changed and the above measurement is repeated.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be Solved by the Invention]

このように従来の電波干渉計を用いた開口合成の方法
は、ファンチッテル・ツェルニケの定理を忠実に実現し
てはいるが、電波天文における天空の放射強度分布に代
表されるように、時間をかけて観測できるほどに変化し
ない対象に限られていた。ところが低軌道の人工衛星か
ら地球を観測するリモートセンシングのような用途では
人工衛星が短時間のうち地表面T上を通り過ぎてしまう
ために、いちいち上空に停まって開口合成のためのデー
タを取得することは不可能であり、上記の電波天文に用
いられているように小数の小型のアンテナA1,A2を移動
させてコヒーレンス関数を測定する方法は実現困難であ
った。
As described above, the conventional method of aperture synthesis using a radio interferometer faithfully implements the Fannitel-Zernike theorem, but it takes time as represented by the radiation intensity distribution in the sky in radio astronomy. It was limited to objects that did not change enough to be observed. However, in applications such as remote sensing that observes the earth from low-orbit satellites, the satellites pass over the ground surface T for a short time, so they stop over and acquire data for aperture synthesis. It is impossible to do so, and it is difficult to realize the method of measuring the coherence function by moving a small number of small antennas A 1 and A 2 as used in the radio astronomy.

この発明は、上記の問題点を解決するためになされた
もので、干渉計のアンテナ基線の回転や干渉計を構成す
る複数のアンテナの相対位置移動をさせずに目標物の結
像が得られる電波放射計による物体の結像方法を提供す
ることを目的とする。
The present invention has been made to solve the above problems, and an image of a target object can be obtained without rotating the antenna base line of the interferometer or moving the relative positions of a plurality of antennas constituting the interferometer. An object of the present invention is to provide a method of imaging an object with a radiometer.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

この発明にかかる電波放射計による物体の結像方法
は、基本的には、信号相関器を有し、2個のアンテナを
一定の間隔だけ離して使用する固定アンテナ基線の干渉
計からなる電波放射計を、人工衛星のような移動体に搭
載するなどして目標物に対して移動させ、測定対象であ
る地表面などから放射される電波波を受信し、電波放射
計の移動に伴う干渉計出力の変化を広い移動範囲にわた
って測定し、得られるコヒーレンス関数を移動方向に開
口合成処理することにより、目標物を探知するものであ
る。
The method of imaging an object with a radioradiometer according to the present invention is basically a radio wave radiation consisting of an interferometer with a fixed antenna base line, which has a signal correlator and uses two antennas at a fixed distance. The radiometer is an interferometer that moves when the radiometer is moved by moving the meter on a moving object such as an artificial satellite and moving it with respect to the target object, receiving radio waves radiated from the ground surface, etc. The target is detected by measuring the change in output over a wide moving range and subjecting the obtained coherence function to aperture synthesis processing in the moving direction.

〔作用〕[Action]

この発明においては、干渉計のアンテナ基線の回転や
干渉計を構成する複数のアンテナの相対位置移動をする
ことなしに、また、多数のアンテナを用いることなしに
移動方向に沿った高い空間分解能を実現し、かつ、進行
方向には連続的に観測部分を移していけるので、広範囲
の目標物の結像が得られる。
In the present invention, high spatial resolution along the moving direction can be achieved without rotating the antenna base line of the interferometer or moving the relative positions of the plurality of antennas forming the interferometer, and without using a large number of antennas. Since this is realized and the observation portion can be continuously moved in the traveling direction, imaging of a wide range of targets can be obtained.

〔実施例〕〔Example〕

以下、この発明の一実施例について詳細に説明する。 An embodiment of the present invention will be described in detail below.

この発明は、地球リモートセンシング用に考案された
ものであるから移動体としては人工衛星を、目標物とし
て地表面を想定して説明を行なう。
Since the present invention was devised for remote earth sensing, description will be given assuming an artificial satellite as a moving body and a ground surface as a target.

この発明の一実施例を第1図に示す。この実施例は人
工衛星等の地表面に対する相対移動を利用しているの
で、これにより得られる高い空間分解能は移動方向の1
次元のみである。2次元分解能への拡張は後述すること
として、まず、移動方向の1次元に関して動作説明を行
なう。また、複数個のアンテナにより構成される複数の
基線を同時に用いる形式も可能であるが、これは以下に
述べる基本的な2個のアンテナによる単一基線から容易
に拡張できる。したがって、第1図には垂直面内での2
個のアンテナの電波干渉計構成および地表面との位置関
係を表わす。観測する対象は連続する地表面であるが、
動作説明の都合上、第1図では微小な地表面Tを目標物
として説明を行なう。さらに、低軌道人工衛星の地球に
対する運動は周回運動であるからその軌跡は厳密には円
弧状であるが、局所的にみれば直線運動と見なすことが
できるので、以下の説明は直線運動を前提とする。
An embodiment of the present invention is shown in FIG. Since this embodiment uses the relative movement of the artificial satellite or the like with respect to the ground surface, the high spatial resolution obtained by this is 1
Only dimension. The extension to the two-dimensional resolution will be described later. First, the operation will be described with respect to one dimension in the moving direction. Also, a form in which a plurality of base lines composed of a plurality of antennas are used at the same time is possible, but this can be easily expanded from the basic single base line of two antennas described below. Therefore, in FIG.
It shows the radio interferometer configuration of each antenna and the positional relationship with the ground surface. The object to be observed is a continuous surface,
For convenience of explanation of the operation, in FIG. 1, the explanation will be given by using the minute ground surface T as a target. Furthermore, since the locomotion of the low-orbit satellite with respect to the earth is an orbiting motion, its trajectory is strictly an arc shape, but it can be regarded as a linear motion locally, so the following explanation assumes a linear motion. And

人工衛星に搭載する電波放射計のSRの回路は、2個の
アンテナA1,A2と信号相関器Cにより構成される電波干
渉計である。2個のアンテナA1,A2はこの電波放射計SR
が位置P1から位置P2までpの移動方向に沿って移動する
間に、地表面Tからの放射雑音電磁波Rを連続して受信
できるビーム幅を有するものとする。アンテナA1,A2
垂直面内において固定の基線長(アンテナの間隔に相
当)dだけ離して置く。基線(アンテナA1とA2を結ぶ線
分)Lは鉛直線に対して角度αだけ傾けて設置し、測定
開始の位置P1においては地表面Tが基線Lの延長上に位
置するように決める。なお、τはタイムデレイを示す。
The S R circuit of the radio wave radiometer mounted on the artificial satellite is a radio wave interferometer composed of two antennas A 1 and A 2 and a signal correlator C. The two antennas A 1 and A 2 are the radiometer S R
Has a beam width capable of continuously receiving the radiated noise electromagnetic wave R from the ground surface T while moving from the position P 1 to the position P 2 along the moving direction of p. The antennas A 1 and A 2 are separated by a fixed base length (corresponding to the distance between the antennas) d in the vertical plane. The base line (segment connecting the antennas A 1 and A 2 ) L is installed at an angle α with respect to the vertical line, and the ground surface T is located on the extension of the base line L at the measurement start position P 1 . Decide In addition, τ indicates a time delay.

位置P1,P2は地表面Tに関して対称の位置にあること
が望ましい。この理由は、第2図に示すように地表面T
の放射強度を表わす輝度温度TBの入射角θincに対する
角度特性が、垂直偏波VP,水平偏波HPのいずれも垂直入
射に近い部分で平坦であることによる。このため、位置
P1,P2を対称に選ぶことは開口合成に関わる測定中の地
表面Tの輝度温度TBの変動を最小限に抑え、測定精度を
保持するための重要な条件である。また、電波放射計SR
の基線Lを斜めに用いることは、位置P1から位置P2まで
の測定中に最大限のコヒーレンス関数を得るために本質
的に必要な特徴である。信号相関器Cの出力X0は地表面
Tから放射される雑音放射電波Rを受信する2個のアン
テナA1,A2の信号相関出力として得られる。この出力X0
が電波放射計SRが位置P1から位置P2まで移動する時間中
に変化するので、これを時間関数として記録し、さらに
開口合成処理を施すことにより地表面Tの再生像を得
る。電波放射計SRの受信帯域が広い場合には、タイムデ
ィレーτを下側のアンテナA2に付加することにより2個
のアンテナA1,A2に到達する信号の時間差を調整する。
人工衛星は地表面Tに対して連続的に移動しているの
で、上記の信号記録を連続して行ない地表面Tの各部分
に同様の処理を行なうことにより地表面Tの連続する再
生像を得ることができる。また、移動体の移動方向pに
は制限はなく逆も可能である。
The positions P 1 and P 2 are preferably symmetrical with respect to the ground surface T. The reason for this is as shown in FIG.
This is because the angle characteristic of the brightness temperature T B representing the radiant intensity with respect to the incident angle θ inc is flat in the portion close to the vertical incidence for both the vertical polarization V P and the horizontal polarization H P. Because of this, the position
Choosing P 1, P 2 symmetrically minimizes variations in brightness temperature T B of the ground surface T in measurement related to aperture synthesis is an important condition for maintaining the measurement accuracy. Also, the radiometer S R
The oblique use of the baseline L of is a feature essentially necessary to obtain the maximum coherence function during the measurement from position P 1 to position P 2 . The output X 0 of the signal correlator C is obtained as the signal correlation output of the two antennas A 1 and A 2 which receive the noise radiation radio wave R radiated from the ground surface T. This output X 0
Changes during the time that the radiometer S R moves from the position P 1 to the position P 2, so this is recorded as a time function, and the aperture synthesis processing is performed to obtain a reproduced image of the ground surface T. When the reception band of the radio wave radiometer S R is wide, the time delay τ is added to the lower antenna A 2 to adjust the time difference between the signals reaching the two antennas A 1 and A 2 .
Since the artificial satellite is continuously moving with respect to the ground surface T, the above signal recording is continuously performed, and the same processing is performed on each part of the ground surface T to obtain a continuous reproduced image of the ground surface T. Obtainable. Further, the moving direction p of the moving body is not limited and can be reversed.

次に、この方式がファンチッテル・ツェルニケの定理
を忠実に実現する可変基線長の基本な2アンテナ干渉計
にほぼ等価な動作を実現しており、同程度の空間分解能
を有することを式および図を用いて以下に示す。
Next, it is shown that this method achieves an operation almost equivalent to that of a basic two-antenna interferometer with a variable base line that faithfully realizes the Fancittel-Zernike theorem, and that it has the same spatial resolution. It is shown below.

電波放射計SRに固定した系におけるアンテナA1,A2
これに相対移動する地表面Tとの角度関係を第3図に示
す。基線Lが垂直方向に対してなす角をα、基線Lから
計った地表面Tの方向をθとする。地表面Tを観測する
θの角度範囲を0から直線B1とB2で示す角の最大値θ
maxとする。原理的にはθmaxの値は任意であるが、前述
のようにθmax=2αであることが望ましい。この条件
はアンテナA1,A2が地表面Tを観る方向範囲を、垂直入
射を中心として対称に設定することを意味する。また、
基線Lの傾斜角αの有効な最大値は45゜であり、このと
きθmax=90゜になるので受信範囲は基線Lに直交する
方向までとなる。なお、Nは鉛直方向を示している。
FIG. 3 shows the angular relationship between the antennas A 1 and A 2 and the ground surface T which moves relative to them in the system fixed to the radiometer S R. The angle formed by the base line L with respect to the vertical direction is α, and the direction of the ground surface T measured from the base line L is θ. The angle range of θ for observing the ground surface T is from 0 to the maximum angle θ shown by the straight lines B 1 and B 2.
Set to max . Although the value of θ max is theoretically arbitrary, it is desirable that θ max = 2α as described above. This condition means that the range of directions in which the antennas A 1 and A 2 view the ground surface T is set symmetrically with respect to vertical incidence. Also,
The effective maximum value of the inclination angle α of the base line L is 45 °, and at this time θ max = 90 °, the reception range is up to the direction orthogonal to the base line L. In addition, N has shown the vertical direction.

空間分解能を概略的に評価するため、基本的な2個の
アンテナA1,A2の可変基線長干渉計のシステムに対比さ
せた動作説明図を第4図に示す。これは電波放射計SR
地表面Tとを結ぶ線(視線)を固定した系を考えてい
る。電波放射計SRと地表面Tとの相対移動は地表面Tに
対する基線Lの回転(位置Pe1から位置Pe2)と同等の効
果をもち、これに伴って変化するコヒーレンス関数が信
号相関器Cの出力X0から得られる。基線Lの回転に伴い
変化するアンテナ間隔dを視線方向とこれに直交する方
向の成分に分け、波長(λ)で規格化して次のようにw,
uと表わす。
In order to roughly evaluate the spatial resolution, FIG. 4 shows an operation explanatory diagram in comparison with a system of a variable base length interferometer having two basic antennas A 1 and A 2 . This considers a system in which the line (line of sight) connecting the radiometer S R and the ground surface T is fixed. The relative movement between the radiometer S R and the ground surface T has the same effect as the rotation of the base line L with respect to the ground surface T (position P e1 to position P e2 ), and the coherence function that changes with it has a signal correlator. Obtained from the output X 0 of C. The antenna distance d, which changes with the rotation of the base line L, is divided into a line-of-sight direction component and a component orthogonal to this direction, and normalized by the wavelength (λ) as follows:
Expressed as u.

なお、第4図のSLは視線方向、Pe1,Pe2は前記アンテ
ナA1,A2の相対位置変化、ξは前記視線方向SLから測っ
た角度、K1,K2は前記視線方向SLに対する地表面Tの傾
きを示す。
In FIG. 4, S L is the line-of-sight direction, P e1 and P e2 are relative position changes of the antennas A 1 and A 2 , ξ is an angle measured from the line-of-sight direction S L , and K 1 and K 2 are the line-of-sight. shows the slope of the ground surface T with respect to the direction S L.

干渉計出力として得られるコヒーレンス関数はアンテ
ナ間隔u,wの関数となる。視線方向SLのアンテナ間隔w
の変化は視線方向SLのある他表面Tに対する空間分解能
に寄与しないので、第(2)式に相当するタイムディレ
ーτをアンテナA2の出力に挿入し時間補償を行うとすれ
ば、電波放射計SRの移動に伴い視線方向SLの延長上にあ
る地表面Tの傾きが変化することを除いて、第5図のよ
うな1次元の基本的な可変基線長干渉計を用いて常に正
面にある目標物を観測しているのとほぼ等価になる。信
号帯域幅が狭ければ時間補償の変わりに位相補償を用い
ることができ、この場合には、コヒーレンス関数に対し
て開口合成処理を行うと同時に位相補正を行うことがで
きる。以下では、概略的な分解能の評価を第5図の基本
的な可変基線長の干渉計に近似して述べる。
The coherence function obtained as the interferometer output is a function of the antenna spacing u and w. Antenna spacing w in line-of-sight direction S L
Since the change of does not contribute to the spatial resolution with respect to the other surface T having the line-of-sight direction S L , if the time delay τ corresponding to the equation (2) is inserted into the output of the antenna A 2 to compensate for the time, Except that the inclination of the ground surface T on the extension of the line-of-sight direction S L changes with the movement of the total S R , a one-dimensional basic variable baseline length interferometer as shown in FIG. It is almost equivalent to observing the target object in front. If the signal bandwidth is narrow, phase compensation can be used instead of time compensation. In this case, phase correction can be performed at the same time as aperture synthesis processing is performed on the coherence function. In the following, a rough evaluation of the resolution will be described by approximating the basic variable baseline length interferometer of FIG.

第4図のように地表面T付近の輝度温度分布を直下方
向から計った角度ξの関数をTB(ξ)とする電波干渉計
の出力として得られるコヒーレンス関数C(u)は次の
ようになる。
Fourth coherence function C (u) obtained by a function of the brightness temperature distribution angle measured from immediately below direction xi] near the ground surface T as an output of the radio interference meter for a T B (xi]) as shown in Figure follows as become.

ここに、 m=sin ξ ……(4) である。TB(ξ)とC(u)とはフーリエ変換の関係に
あるので、輝度温度分布の再生像である関数TB(ξ)は
測定されたコヒーレンス関数を逆フーリエ変換して次の
ように求めることができる。
Here, m = sin ξ (4). Since T B (ξ) and C (u) are in a Fourier transform relationship, the function T B (ξ) which is a reproduced image of the brightness temperature distribution is obtained by performing an inverse Fourier transform on the measured coherence function as follows. You can ask.

C(u)は複素共役関数であるので、規格化したアン
テナ間隔uは正領域のみを測定すれば第(5)式の処理
が実行できる。このような開口合成処理では空間分解能
は干渉計の最大アンテナ間隔(umax)により評価でき
る。第(1)式によれば、θ=2αのときuは最大値u
maxをとるので、 である。第(5)式の開口合成処理のウインドウ関数を
矩形であるとすれば、得られる角度分解能は0.88/umax
である。したがって、この電波放射計SRを搭載している
人工衛星の高度をhとすれば地表面分解能δは次式で
表わされる。
Since C (u) is a complex conjugate function, the normalized antenna interval u can be processed by the equation (5) by measuring only the positive region. In such aperture synthesis processing, the spatial resolution can be evaluated by the maximum antenna spacing (u max ) of the interferometer. According to the equation (1), u is the maximum value u when θ = 2α.
take max , so Is. Assuming that the window function of the aperture synthesis processing of the formula (5) is rectangular, the obtained angular resolution is 0.88 / u max.
Is. Therefore, if the altitude of the artificial satellite equipped with this radiometer S R is h, the ground surface resolution δ a is expressed by the following equation.

具体的に低軌道人工衛星の搭載システムを想定して地
表面分解能を計算してみる。1例としてアンテナ間隔d
=1000波長,高度h=700Kmとする。このアンテナ間隔
は30GHzでは10m,1.4GHzでは約210mである。地表面分解
能は基線の傾きα=45゜ではδ=616m,α=10゜では
δ=1.8Kmとなる。
Specifically, let us calculate the ground surface resolution assuming a low-orbit satellite mounting system. As an example, the antenna spacing d
= 1000 wavelengths, altitude h = 700 km. The antenna spacing is 10 m at 30 GHz and about 210 m at 1.4 GHz. The ground surface resolution is δ a = 616 m when the inclination of the baseline is α = 45 ° and δ a = 1.8 Km when α = 10 °.

第(7)式は基本的な可変基線長干渉計に近似して評
価した概算的な地表面T上の分解能であり、第(6)式
が示すようにdsin(2α)の長さのアンテナを用いるこ
とに相当する。厳密な空間分解能を定式化することは難
しいのでこれの具体的な数値計算例の結果を第6図に示
す。
Equation (7) is the approximate resolution on the ground surface T evaluated by approximating a basic variable baseline interferometer, and as shown in Equation (6), an antenna with a length of dsin (2α) Is equivalent to using. Since it is difficult to formulate a strict spatial resolution, the result of a specific numerical calculation example is shown in FIG.

第6図では、この発明の放射計方式の例(d=1000波
長,α=45゜,高度=700Km)と、この基線長dと同じ
長さのアンテナを有する電波放射計とを比較するためこ
れらの地表面T上での点像応答を示している。点像応答
とは単一の微小な対称物体に対する結像例であり、結像
結果の広がりが小さく点に近いほど空間分解能が高いこ
とになる。第6図の縦軸は結像強度を、横軸は空間的広
がりを表しており、この発明の電波放射計SRの場合は、
曲線Saに示されるように、サイドローブ領域に小さいピ
ークを有してはいるが、曲線faに示す実開口の巨大なア
ンテナと同等の空間分解能をもつことが判る。この発明
を用いることで、このように巨大なアンテナの代わりに
1組の小型アンテナによって移動体の移動方向pでの細
かい空間分解能を実現できる。
In FIG. 6, in order to compare the example of the radiometer system of the present invention (d = 1000 wavelength, α = 45 °, altitude = 700 Km) with a radioradiometer having an antenna of the same base line length d. The point image response on these ground surfaces T is shown. The point image response is an example of image formation on a single minute symmetrical object, and the smaller the spread of the image formation result and the closer to the point, the higher the spatial resolution. The vertical axis of FIG. 6 represents the imaging intensity and the horizontal axis represents the spatial spread. In the case of the radioradiometer S R of the present invention,
As shown by the curve S a, it has a small peak in the side lobe region, but it has a spatial resolution equivalent to that of the huge antenna with a real aperture shown by the curve f a . By using the present invention, it is possible to realize a fine spatial resolution in the moving direction p of the moving body by using one set of small antennas instead of the huge antenna.

以上の説明は移動体の移動方向pの1次元に関するも
のであるが、人工衛星などに搭載するリモートセンシン
グ用の電波放射計SRとしては2次元の空間分解能が必要
である。
Although the above description relates to one dimension in the moving direction p of the moving body, two-dimensional spatial resolution is necessary for the radioradiometer S R for remote sensing mounted on an artificial satellite or the like.

これには第7図に示すように、移動方向pに直交する
方向には複数の小型アンテナaを並べて2次元に拡張し
たアンテナ素子Aa1,Aa2を構成し、それぞれ前後の2個
のアンテナの組み合わせごとに電波干渉計を構成するこ
とにより容易に2次元のコヒーレンス関数を測定できる
システムに拡張することが可能で、開口合成による2次
元の空間分解能を実現できる。また、この方法以外にも
マルチビームアンテナなど移動方向に直交する方向に指
向性を有するアンテナを用いるなどすれば2次元空間分
解能への拡張は容易である。さらに、2次元への拡張を
おこなっても移動方向pでの空間分解能は一定間隔で離
しておいた干渉計の小型アンテナにより実現するので、
第7図のように人工衛星本体等への影響が少ない搭載形
態を採用できるなど実用的である。また、平面的に大型
のアンテナを必要としないので航空機への搭載も容易で
ある。
As shown in FIG. 7, a plurality of small antennas a are arranged in a direction orthogonal to the moving direction p to form two-dimensionally expanded antenna elements A a 1 and A a 2, and two antenna elements in front and rear are provided. By constructing a radio interferometer for each combination of antennas, it is possible to easily expand to a system that can measure a two-dimensional coherence function, and realize two-dimensional spatial resolution by aperture synthesis. In addition to this method, it is easy to expand the two-dimensional spatial resolution by using an antenna having directivity in a direction orthogonal to the moving direction such as a multi-beam antenna. Furthermore, even if the two-dimensional expansion is performed, the spatial resolution in the moving direction p is realized by the small antennas of the interferometers that are separated by a constant interval.
As shown in FIG. 7, it is practical that it can be mounted on the satellite body with little influence on it. Moreover, since a large antenna is not required in plan view, it can be easily mounted on an aircraft.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

この発明は以上詳細に説明したように、複数の固定ア
ンテナと信号相関器からなる固定アンテナ基線の干渉計
型の電波放射計を、目標物に対し移動させながら目標物
からの放射電磁波を受信し、移動に伴なう出力の変化を
測定して得られるコヒーレンス関数を移動方向に開口合
成処理し、移動方向に高い空間分解能をもって広範囲に
分布する目標物を探知するようにしたので、人工衛星な
ど小型の移動体に搭載可能で、しかも他の装置等に与え
る影響が少ない小型のアンテナを用いて従来技術では実
現不可能であった高い空間分解能を実現することがで
き、電波放射計による結像方法として極めて有用なもの
である。
As described in detail above, the present invention receives an electromagnetic wave radiated from a target object while moving an interferometer type radioradiometer having a fixed antenna base line composed of a plurality of fixed antennas and a signal correlator with respect to the target object. , A coherence function obtained by measuring the change in output with movement is subjected to aperture synthesis processing in the movement direction to detect targets distributed over a wide range with high spatial resolution in the movement direction. A small antenna that can be mounted on a small moving body and that has little effect on other devices can be used to achieve high spatial resolution that was not possible with conventional technology. It is extremely useful as a method.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図はこの発明の一実施例を示す概略立面図、第2図
はこの発明に用いる電波放射計が主として対象にする地
表面のマイクロ波輝度温度の入射角特性を示す概略図、
第3図,第4図は、第1図は対応する動作説明図であ
り、第3図は座標系を電波放射計に固定した図、第4図
は座標系を電波放射計を地表面とを結ぶ視線に固定した
図、第5図は、第4図においてこの発明の性能を近似的
に説明するため参照される2個のアンテナにより構成さ
れる基本的な可変基線長の1次元干渉計の概略図、第6
図はこの発明の電波放射計と従来の方式に従い大型の実
開口アンテナを用いる電波放射計の空間分解能を比較す
るための点像応答の数値計算例を示す図、第7図はこの
発明を2次元に拡張する場合の実施例を示す見取り図、
第8図は従来の地表面リモートセンシングに用いられて
いる人工衛星に搭載されている放射計アンテナと地表面
分解能の関係を表わす図、第9図は従来から電波天文に
おいて天体の観測に用いられている地上に設置される電
波干渉計の説明図である。 図中、SRは固定基線干渉計型の電波放射計、A1,A2はア
ンテナ、dは基線長、Cは信号相関器、Lは基線、X0
信号相関器の出力、τはタイムディレー、αは基線の傾
斜角、P1,P2は測定開始および終了の位置、pは移動方
向、Tは地表面、Rは放射雑音電磁波である。
FIG. 1 is a schematic elevation view showing an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic diagram showing an incident angle characteristic of microwave luminance temperature on the ground surface which is mainly targeted by a radiometer used in the present invention.
FIGS. 3 and 4 are diagrams for explaining the corresponding operation, FIG. 3 is a diagram in which the coordinate system is fixed to the radioradiometer, and FIG. 4 is the coordinate system in which the radioradiometer is the ground surface. FIG. 5 is a diagram fixed to the line of sight connecting the two, and FIG. 5 is a one-dimensional interferometer with a basic variable base length composed of two antennas which is referred to in order to approximately explain the performance of the present invention in FIG. Schematic of No. 6,
FIG. 7 is a diagram showing an example of numerical calculation of point image response for comparing the spatial resolutions of the radioradiometer of the present invention and the radioradiometer using a large real aperture antenna according to the conventional method. FIG. Sketch drawing showing an example of expanding to a dimension,
Fig. 8 is a diagram showing the relationship between the radiometer antenna mounted on an artificial satellite used for conventional ground surface remote sensing and the ground surface resolution, and Fig. 9 has been conventionally used for observing astronomical objects in radio astronomy. It is an explanatory view of a radio interferometer installed on the ground. In the figure, S R is a fixed base line interferometer type radiometer, A 1 and A 2 are antennas, d is a base line length, C is a signal correlator, L is a base line, X 0 is an output of the signal correlator, and τ is Time delay, α is the inclination angle of the baseline, P 1 and P 2 are the measurement start and end positions, p is the moving direction, T is the ground surface, and R is the radiated noise electromagnetic wave.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】複数の固定アンテナと信号相関器からなる
固定アンテナ基線の干渉計型の電波放射計を、目標物に
対し移動させながら前記目標物からの放射電磁波を受信
し、前記移動に伴なう出力の変化を測定して得られるコ
ヒーレンス関数を移動方向に開口合成処理し、移動方向
に高い空間分解能をもって広範囲に分布する前記目標物
を探知することを特徴とする電波放射計による物体の結
像方法。
1. An electromagnetic wave radiometer of an interferometer type having a fixed antenna base line composed of a plurality of fixed antennas and a signal correlator, receives electromagnetic waves emitted from the target object while moving with respect to the target object, and is accompanied by the movement. The coherence function obtained by measuring the change in the output is subjected to aperture synthesis processing in the moving direction, and the target of the radioradiometer characterized by detecting the target distributed in a wide range with a high spatial resolution in the moving direction. Imaging method.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5796225A (en) * 1980-12-05 1982-06-15 Mitsubishi Electric Corp Microwave radiometer
JPS5927279A (en) * 1982-06-17 1984-02-13 グラマン・エアロスペ−ス・コ−ポレイシヨン Method and device for displaying distance/azimuth ship image in order to control weapon
JPS60186774A (en) * 1984-03-05 1985-09-24 Mitsubishi Electric Corp Microwave radiometer

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