JP2596364B2 - 干渉型合成開口レーダ装置から得た3次元情報を用いる地形図作成装置 - Google Patents

干渉型合成開口レーダ装置から得た3次元情報を用いる地形図作成装置

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JP2596364B2 JP5334256A JP33425693A JP2596364B2 JP 2596364 B2 JP2596364 B2 JP 2596364B2 JP 5334256 A JP5334256 A JP 5334256A JP 33425693 A JP33425693 A JP 33425693A JP 2596364 B2 JP2596364 B2 JP 2596364B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、航空機、人工衛生等の
飛翔体に搭載される干渉型合成開口レーダ装置(干渉型
SAR)で得た3次元情報の歪を補正して、高い精度の
地形図を作成する地形図作成装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、地形図(1/25,000〜1/
10,000相当の等高線図)を作成するためには、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、標高情報を抽出するまで
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/夜間観測できないという問題が
あった。この問題を解決するために、合成開口レーダを
用いた地形図作成方法が特開昭63−262578号公
報に示されている。干渉型SARによれば、必要な時、
リアルタイムで情報が収得できる。これは、干渉型SA
Rが計算幾処理で標高が求められるのに対し、従来の測
量は、等高線図を作成した後標高を求めるためである。
合成開口レーダについては、特開昭62−3676号公
報、特開昭62−8081号公報等に示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、干渉型SAR
で得た地形に関する3次元情報には、各種の要因(飛翔
体の速度、姿勢、フォーショートニング歪み、シャドー
等)で歪みが含まれている。特に、干渉型SARが慣性
航法装置を持たない小型航空機に搭載された場合には3
次元情報は大きな歪を含んでいおり、この3次元情報そ
のままでは高い精度の地形図は作成できなかった。
【0004】図5は、干渉型SARで得られる3次元情
報における主要な歪を表した概念図である。図5(a)
は、飛翔体速度の変動によるピクセルサイズの歪みを表
している。(b)は、フォーショートニングによるフォ
ーショートニング歪み(山頂の位置ずれ)を表わしてい
る。符号105は実際の山の側面像を示し、符号106
はその山が干渉型SARで処理されたときに得られるそ
の山の像であり、フォーショートニング歪を受けてい
る。(c)は、電波の照射方向が進行方向直角軸からず
れたことによる幾何変形歪みを表している。(d)は、
干渉型SARで得られる画像ピクセル113は、飛翔体
進行方向を基準とする座標系に投影して得られるから、
地形図座標系(緯度,経度)112からΔθだけずれて
いることを表わしている。(e)は、シャドー115に
より地形図データに欠落が表われることを示している。
なお、飛翔体のピッチ、ロール、ヨー各軸の動揺は、干
渉SARの干渉処理部で補正されており、図5(a)〜
(e)には影響を与えないものとする。図5(a)〜
(e)に概念図で示した3次元情報の歪を補正解決しな
い限り、干渉型SARの出力の3次元情報を用いて広い
地域の地形図を作成することは可能である。
【0005】
【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
めに本発明が提供する手段は、飛翔体から地上に向かっ
て電波を放射し、この地上からの反射波を受信すること
により地形に関する3次元情報を抽出する干渉型合成開
口レーダ装置から得た3次元情報を用いる地形図作成装
置において、前記干渉型合成開口レーダで生成された標
高情報を前記3次元情報として受け、該3次元情報のフ
ォーショートニング歪みを補正するフォーショートニン
グ補正部と、前記飛翔体の速度情報を基に前記フォーシ
ョートニング補正部の出力の3次元情報のピクセルサイ
ズを補正するピクセルサイズ補正部と、前記飛翔体のド
ップラセンタ周波数情報を基に前記ピクセルサイズ補正
部の出力の3次元情報の幾何変形を補正する幾何変形補
正部と、前記飛翔体の位置を示すGPS情報を基に前記
幾何変形補正部の出力の3次元情報の座標系をSAR座
標系から地形図座標系に変換する座標変換部と、この座
標変換部の出力の3次元情報におけるシーン内に含まれ
るシャドーを他方向から観測したデータに置き換える地
形図合成部とを有し、この地形図合成部の出力の3次元
情報を地形図情報として出力することを特徴とする地形
図作成装置である。
【0006】
【実施例】次に、図面を参照して、本発明による地形図
作成装置の一実施例を詳細に説明する。図1はその実施
例と干渉型SARの接続関係を示す図、図2はその実施
例の地形図作成装置の構成を示すブロック図である。こ
の実施例は航空機等の飛翔体に搭載されているが、干渉
型SARだけを飛翔体に搭載し、実施例は地上に設置し
て、干渉型SARで取得した3次元情報をオフラインで
実施例に供給しても同様に作動させることができる。
【0007】図1において、17は干渉型合成開口レー
ダ装置を表わしている。干渉処理部7は、画像処理部6
出力のデータ12,13を入力し、それぞれのアンテナ
1,2に対応したSAR画像データの位相差を算出した
後に、飛翔体から送られる飛翔体の姿勢センサデータ1
6(ピッチ,ロール,ヨーのデータ)を基にSAR画像
について高精度な補正を行い、さらにSAR画像を標高
データに変換した後、その標高データ(標高情報)23
を地形に関する3次元データとして実施例の地形図作成
装置15に供給する。
【0008】地形図作成装置15は、図2の構成であ
り、補正用データ29〜32を基に3次元情報について
以下の補正を実施する。
【0009】フォーショートニング補正部18は、図5
(b)に示すような前倒し(フォーショートニング)現
象を標高データ23から補正する。補正は(1)式で実
施される。各パラメータの定義は図3による。P1は山
102の頂上、破線107は点P1に関する飛翔体10
1から等距離Lの軸跡、P2は等距離の軸跡107とゼ
ロ標高線100との交点である。補正量は(y2
1 )である。y1 は、補正前のビクセル位置、y2
正しいピクセル位置である。この処理でグランドレンジ
変換も同時に行われる。
【0010】 y2 =L・sinθ2 ,θ2 =cos-1{(H−h)/L}...(1) 次にピクセルサイズ補正部29は、フォーショートニン
グ補正部18の出力の3次元データ24を、飛翔体速度
情報29を基に、レンジ/アジマスのピクセルサイズが
同一になるようにサンプリングする。このサンプリング
により、P1 <P4 <P7 <P10であった図5(a)の
ピクセルはP1 =P4 =P7 =P10になる。このサンプ
リングは、各ピクセルデータ(Pi ,Pi+1 )の間を補
間し、一定間隔ΔP(=アジマスピクセルサイズ)毎に
データをリサンプリングして行われる。
【0011】次に、幾何変形補正部20は、ドップラセ
ンタ周波数30に基づき、ピクセルサイズ補正部19の
出力の3次元データ25について、飛翔体の偏流角(飛
翔体の機軸と進行方向とが平面においてなす角)による
アンテナビーム照射方向のずれによる歪みを補正する。
つまり、アンテナビームは、飛翔体に固定されており、
図5(c)の太線111方向を見ているにもかかわらず
画像上では破線110に画像化される。よって移動量Δ
Lを求める必要がある。
【0012】 sinφ=(Fd/Fc)・{C/(2Vcosθ)} φ:偏流角(ヘッディング角) θ:オフナディア角 V:飛翔体速度 Fd:ドップラセンタ周波数 Fc:送信周波数 SARデータよりFd(30)を求めると、上式により
計算してφが求められる。φが分れば、太線111は一
意的に決定され、ΔLが求められる。
【0013】衛星40から送られるGPS(Groba
l Positionig System)信号を飛翔
体のGPS装置で受け、GPSデータ31が座標変換部
21へ与えられる。座標変換部21はGPSデータ21
に基づきΔθを求め、地形図座標に変換する。この段階
の出力信号27は汎用地形図と同等になっている。
【0014】しかし、SARによる3次元情報にはシャ
ドー{図5(e)参照}があり、別の方向から観察した
データと合成する必要がある。これが地形図合成部22
の機能である。図(4)に示すように、共通の図形10
3について複数の3次元データを生成し、各3次元デー
タについて有効データと無効データ(シャドー部分)部
分104,105を認識しておく必要である。図4の例
では、(a)の情報と(b)の情報とを合成して(c)
の情報を生成する。この処理は以下の手順で実施する。
【0015】SAR画像103上でシャドー部10
4,105を検出する。スレショルドレベルを設定し、
スレショルドレベル以上のランクは”1”フラグをた
て、以下のランク(シャドー)は”0”フラグをたて
る。シャドー検出フラグ情報32は干渉型SAR17か
ら供給される。
【0016】”1”のフラグがたつピクセルの標高デ
ータは有効とし、”0”のフラグがたつピクセルの標高
は無効とする。
【0017】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、干渉型合成開口レーダで取得した標高データで表わ
させる地形に関する3次元情報の歪を高い精度で補正し
た地形図を作成できる。そこで、本発明の装置を採用す
れば、1/25,000〜1/10,000相当の等高
線図を取得することができ、従来の光学カメラを用いた
航空測量に比べ、短時間に定価格で汎用地形図を提供で
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による地形図作成装置の一実施例と干渉
型SARとの接続関係を示すブロック図である。
【図2】その実施例の地形図作成装置の構成を示すブロ
ック図である。
【図3】図2の実施例におけるフォーショートニング補
正の概念を示す図である。
【図4】図2の実施例におけるシャドー補正の概念を示
す図である。
【図5】干渉型SARで取得される地形に関する3次元
情報に含まれる主要な歪みの概念を示す図である。
【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 干渉処理部 8,9 送受信信号 10,11 ビデオ信号 12,13 SAR画像データ信号 15 地形図作成装置 17 干渉型SAR 18 フォーショートニング補正部 19 ピクセルサイズ補正部 20 幾何変形補正部 21 座標変換部 22 地形図合成部 29 飛翔体速度情報 30 ドップラセンタ周波数 31 GPS信号 32 シャドー検出フラグ情報

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 飛翔体から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に
    関する3次元情報を抽出する干渉型合成開口レーダ装置
    から得た3次元情報を用いる地形図作成装置において、 前記干渉型合成開口レーダで生成された標高情報を前記
    3次元情報として受け、該3次元情報のフォーショート
    ニング歪みを補正するフォーショートニング補正部と、
    前記飛翔体の速度情報を基に前記フォーショートニング
    補正部の出力の3次元情報のピクセルサイズを補正する
    ピクセルサイズ補正部と、前記飛翔体のドップラセンタ
    周波数情報を基に前記ピクセルサイズ補正部の出力の3
    次元情報の幾何変形を補正する幾何変形補正部と、前記
    飛翔体の位置を示すGPS情報を基に前記幾何変形補正
    部の出力の3次元情報の座標系をSAR座標系から地形
    図座標系に変換する座標変換部と、この座標変換部の出
    力の3次元情報におけるシーン内に含まれるシャドーを
    他方向から観測したデータに置き換える地形図合成部と
    を有し、 この地形図合成部の出力の3次元情報を地形図情報とし
    て出力することを特徴とする地形図作成装置。
  2. 【請求項2】 前記幾何変形補正部は、前記飛翔体から
    与えられる前記飛翔体の偏流角を利用して、前記干渉型
    合成開口レーダのアンテナビーム照射方向が該干渉型合
    成開口レーダの進行方向からずれていることに起因する
    前記3次元情報の幾何変形を補正することを特徴とする
    請求項1に記載の地形図作成装置。
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