JP2590689B2 - 干渉型合成開口レーダ装置および地形変動観測方法 - Google Patents

干渉型合成開口レーダ装置および地形変動観測方法

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JP2590689B2 JP5167400A JP16740093A JP2590689B2 JP 2590689 B2 JP2590689 B2 JP 2590689B2 JP 5167400 A JP5167400 A JP 5167400A JP 16740093 A JP16740093 A JP 16740093A JP 2590689 B2 JP2590689 B2 JP 2590689B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は干渉型合成開口レーダ装
置、より具体的には航空機、人工衛星等の飛翔体に搭載
される合成開口レーダ装置に係り、特にリアルタイムで
地形変動を高精度に抽出することができる干渉型合成開
口レーダ装置および地形変動観測方法に関する。
【0002】
【従来の技術】地震予知、火山噴火予知、土石流予測を
行うには地形変動を抽出することが必要不可欠である。
従来、このような地形変動を抽出するためには光学カメ
ラを用いた航空測量やステレオ視が行われていた。しか
し、これら手法では地形変動量を抽出するまでに原理的
に多くの時間が必要であり、また、精度が十分でなかっ
たり、雲天時/夜間観測できないため、必要な時、リア
ルタイムで情報が収集できないという問題点があった。
【0003】このような欠点を解消するため、たとえば
特開昭63−262578号公報には昼夜間/全天候で
観測が可能な合成開口レーダを用いた干渉型SAR(地
形マッピングレーダ)が記載されている。干渉型SAR
は、必要な時に地表面の3次元情報を精度が数m程度で
取得することができるレーダ装置である。
【0004】図3はこのような干渉型合成開口レーダの
動作概念を示したものである。図3において、A1,A
2はアンテナ位置、Nsはアンテナ間距離、Htは被測
定物の標高、HoはアンテナA1,A2が搭載された航
空機または人工衛星などの飛翔体高度、A,B,C,D
はスラントレンジ距離をそれぞれ示している。
【0005】地形変動を観測する場合、航空機等の飛翔
体に2つのアンテナA1,A2を取り付け、同一シーン
を見るように個々のアンテナA1,A2のオフナディア
角を設定する。同一点からの反射波は、2つのアンテナ
A1,A2で同時に受信し、そのわずかな位相差Δφを
検出する。アンテナA1とアンテナA2で検出される位
相差は地上の標高により異なるため、〔Δφ1 −Δ
φ2 〕∝Htの性質を利用すれば3次元情報(標高情
報)を得ることができる。なお、Δφ1 およびΔφ
2は、λを送信波波長とすると以下の式で示すことがで
きる。 Δφ1 =(A−B−n・λ)×2π×1/λ Δφ2 =(C−D−n・λ)×2π×1/λ
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら昼夜間/
全天候で観測が可能な従来技術における合成開口レーダ
を用いた干渉型SARは、必要な時に3次元情報を取得
することができるが、2つのアンテナ間距離や受信機ノ
イズ等のシステム雑音により生じる位相誤差φNがある
ため、分解能をφN 以上にすることはできない。したが
って、その精度を数m程度よりも上げることができず、
数cm単位の精度で微妙な地形変動の抽出を要求される地
震予知、火山噴火予知、土石流予測等では正確な予知ま
たは予測が困難になるという欠点があった。
【0007】本発明はこのような従来技術の欠点を解消
し、地震予知、火山噴火予知、土石流予測等の数cm単位
の精度で微妙な地形変動の抽出を要求される観測分野に
適用可能な、地形変動をリアルタイムで高精度に抽出で
きる干渉型合成開口レーダ装置および地形変動観測方式
を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は上述の課題を解
決するために、飛翔体より地上に向かって電波を放射
し、地上からの反射波を受信することにより地形変動を
抽出する干渉型合成開口レーダ装置は、地上に電波を放
射し、また地上からの反射波を同時に受信する2つのア
ンテナと、2つアンテナに同時に送信波を出力しかつ同
時に受信波を入力する送受信部と、送受信部からの受信
出力信号をSAR再生処理する画像処理部と、画像処理
部からの出力信号を干渉させて3次元画像を出力する干
渉処理部と、干渉処理部でリアルタイムで取得した3次
元画像データと、この干渉処理部で以前に取得した同一
地域の3次元画像データとを比較することにより、リア
ルタイムで地形の変動を抽出する地形変動解析処理部と
を有する。
【0009】また、本発明の地形変動観測方法によれ
ば、飛翔体より地上に向かって電波を放射し、この地上
からの反射波を受信することにより地形変動を抽出する
地形変動観測方法であり、地上に電波を放射する電波放
射工程と、電波の地上からの反射波を受信する反射波受
信工程と、受信した反射波の信号をSAR再生処理する
画像処理工程と、この画像処理工程により得られた出力
信号を干渉させて3次元画像とする干渉処理工程と、電
波放射工程から干渉処理工程に至る所定の位置の地形観
測による3次元画像と、当該3次元画像より前の地形観
測により得られた所定の位置の前3次元画像とを比較す
る画像比較工程とを有し、比較結果を基に所定の位置の
地形の変化を観測することを特徴としている。
【0010】
【作用】本発明によれば、2つのアンテナより放射され
た電波の反射波は、再びこれらアンテナに受信され、受
信出力信号として画像処理部に送られてSAR再生処理
が施される。SAR再生処理が行われた画像処理部出力
信号は干渉処理部に送られて3次元画像が形成される。
このリアルタイムで得られた3次元画像のデータは、地
形変動解析処理部により以前に取得した同一地域のデー
タと比較されてその差分が検出されることで地形変動の
抽出が行われる。また、地上に基準点(コーナーリフレ
クタ)を常設することで、cm単位の校正を行うことが可
能である。
【0011】
【実施例】次に添付図面を参照して本発明による干渉型
合成開口レーダ装置および地形変動観測方式の実施例を
詳細に説明する。
【0012】図1は本発明による地形変動抽出用干渉型
合成開口レーダ装置の一実施例を示すブロック図であ
り、このレーダ装置は航空機または人工衛星等の飛翔体
に搭載される。
【0013】図1において、アンテナ1,2は地上に電
波を放射し、また、地上からの反射波を受信するアンテ
ナ部である。これらアンテナ1,2は、オフナディア角
設定部3により同一反射ターゲット19に向けられる。
ターゲット19内には、複数の基準点(リフレクタ)が
設置されている。アンテナ1,2は、それぞれ信号線1
2,13を介して送受信部4、5に接続されている。
【0014】送受信部4,5は、接続されているアンテ
ナ1,2に同時に送信波を出力し、かつ同時に受信波を
入力する電波送受信部であり、それぞれ信号線14,1
5を介して画像処理部6に接続されている。
【0015】画像処理部6は、送受信部4,5からの受
信出力信号であるビデオ信号をSAR再生処理する画像
処理部である。具体的には、画像処理部6は衛星22か
らの電波を受信して飛翔体の位置・速度情報を計算する
GPS部7に接続され、これから当該レーダが搭載され
ている飛翔体の位置・速度情報から幾何歪み補正を行
う。画像処理部6は、信号線16を介して干渉処理部8
に接続され、これに幾何歪み補正を行なった画像データ
16を出力する。
【0016】干渉処理部8は、画像処理部6からのSA
R画像データ16を入力し、それぞれのアンテナ1,2
対応したSAR画像データの位相差を算出し、等高線図
または標高を算出して3次元画像データである標高デー
タ17を作成する。干渉処理部8は、信号線17を介し
て地形変動解析処理部9に接続され、これに現時点の標
高データ17を出力する。なお、地形変動解析処理部9
は、合成開口レーダ特有のフォーショートニング歪みを
標高データ17を基に補正する。また、リフレクタによ
る校正も実施する。
【0017】地形変動解析処理部9は、リアルタイムで
得られた標高データ17と以前に得られた同一地域での
標高データとを比較することで地形変動を高精度で抽出
する解析処理部である。すなわち、地形変動解析処理部
9は、以前観測を行ったターゲット19の標高データを
記憶しているデータベース部11と、このデータベース
部11に記録されている標高データ18とリアルタイム
で観測された標高データ17との差を取り地形変動デー
タ20を検出出力する標高検出部10により構成されて
いる。
【0018】図2は、図1の実施例における処理画像の
流れを示した概念図である。(a)の画像はアンテナ
1,2で受信処理したSARデータを干渉させて得られ
る位相差画像である。このデータ取得時の飛翔体位置・
速度等に関する情報から適切な地球の回転楕円体モデル
を設定し、そのモデルによる位相差画像(b)を算出
し、(a)との差をとることで等高線図(c)が得られ
る。
【0019】幾何歪み/フォーショートニング補正が行
われた画像(c)は、図1の信号18に対応する。
(d)〜(f)は(a)〜(c)と同様の画像である
が、データを取得された時期が異なるもので図1のデー
タベース11に記憶されている。(c)と(f)はほと
んど同じであるが同じ座標でわずかに標高が異なる。こ
の2つのデータG(x,y)とG′(x,y)の差をと
ると非常にわずかな変化ΔG(x,y)を検出すること
ができる。
【0020】(g)は、ΔG(x,y)を表わしたもの
で斜線部は変化のない所、その他が地形が変化した部分
である。この変化抽出精度は数cm程度が実現できる。
これは、干渉型合成開口レーダが位相を検出しているた
め可能になる技術で、画像のピクセルサイズ(センサ分
解能)には依存しない。
【0021】以上詳細に説明したように、本発明の干渉
型合成開口レーダ装置および地形変動観測方法によれ
ば、同一シーンを2度観測しその2つの3次元画像の変
化を抽出することで、地形変動を高精度にリアルタイム
で抽出できる。すなわち、航空機等を移動プラットフォ
ームとする干渉型合成開口レーダ装置において、同一シ
ーンを定期的に監視(観測)し、個々の3次元画像の変
化分を抽出する。リアルタイムで地形変動を抽出するこ
とにより、地震予知、火山噴火予知、土石流予測等に対
する有益性を格段に向上できる効果がある。なお、その
高精度は、画像のピクセルサイズには依存しないため、
他のセンサに比べ格段に優れているという効果をも有す
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による地形変動抽出用干渉型合成開口レ
ーダ装置の一実施例を示すブロック図である。
【図2】図1の実施例における処理画像の流れを示す概
念図である。
【図3】従来の干渉型合成開口レーダ装置の概要を示す
説明図である。
【符号の説明】
1,2 アンテナ部 3 オフナディア角設定部 4,5 送受信部 6 画像処理部 7 GPS部 8 干渉処理部 9 地形変動解析処理部 10 標高差検出部 11 データベース部 19 ターゲット

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 飛翔体より地上に向かって電波を放射
    し、この地上からの反射波を受信することにより地形変
    動を抽出する干渉型合成開口レーダ装置において、 前記地上に電波を放射し、また地上からの反射波を同時
    に受信する2つのアンテナと、 前記2つアンテナに同時に送信波を出力しかつ同時に受
    信波を入力する送受信部と、 前記送受信部からの受信出力信号をSAR再生処理する
    画像処理部と、 前記画像処理部からの出力信号を干渉させて3次元画像
    を出力する干渉処理部と、 前記干渉処理部でリアルタイムで取得した3次元画像デ
    ータと、この干渉処理部で以前に取得した同一地域の3
    次元画像データとを比較することにより、リアルタイム
    で地形の変動を抽出する地形変動解析処理部とを有する
    ことを特徴とする干渉型合成開口レーダ装置。
  2. 【請求項2】 飛翔体より地上に向かって電波を放射
    し、この地上からの反射波を受信することにより地形変
    動を抽出する地形変動観測方法において、 前記地上に電波を放射する電波放射工程と、 前記電波の地上からの反射波を受信する反射波受信工程
    と、 前記受信した反射波の信号をSAR再生処理する画像処
    理工程と、 該画像処理工程により得られた出力信号を干渉させて3
    次元画像とする干渉処理工程と、 前記電波放射工程から前記干渉処理工程に至る所定の位
    置の地形観測による前記3次元画像と、当該3次元画像
    より前の地形観測により得られた前記所定の位置の前3
    次元画像とを比較する画像比較工程とを有し、 前記比較結果を基に前記所定の位置の地形の変化を観測
    することを特徴とする地形変動観測方法。
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