JP2877106B2 - アロングトラック・インターフェロメトリsar - Google Patents

アロングトラック・インターフェロメトリsar

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JP2877106B2 JP8306579A JP30657996A JP2877106B2 JP 2877106 B2 JP2877106 B2 JP 2877106B2 JP 8306579 A JP8306579 A JP 8306579A JP 30657996 A JP30657996 A JP 30657996A JP 2877106 B2 JP2877106 B2 JP 2877106B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、SARに関し、特
に1系統のSARを用いた1回の観測によるアロングト
ラック・インターフェロメトリSARに関する。
【0002】
【従来の技術】合成開口レーダ(SAR)は、人工衛星
・航空機等の移動プラットフォームから進行方向に対し
て側方の地上に電波を照射し、地上の映像を再生するた
めの2次元データを得る装置である。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】ところで、地上の運動物体の速度を遠隔的
に検出する手段として、SARを用いた方法がある。こ
れは、アロングトラック・インターフェロメトリSAR
といわれ、図12・図13に示すように、プラットフォ
ームの進行方向に近接配置した2系統のSARを用い
て、わずかの時間差の間に同じターゲットを2回観測
し、2枚のSAR画像からターゲット点の位相差を計測
する(干渉処理)ことで、SARの視線方向に平行な方
向の移動速度(移動速度のアジマス方向に垂直な成分)
を計測する方法である。アロングトラック・インターフ
ェロメトリSARについては、例えば、IEEE発行I
GARSS’92の″Dual Baseline a
nd Frequency Along−Track
Interferometry″(Richard
E.Carande著、ページ1585〜1588)に
示されている。また、通常は1台のSARとして運用す
るが、SARのアンテナを進行方向に分割して、2台の
SARとして運用することで、アロングトラック・イン
ターフェロメトリSARを実現する方法も考えられる
(SAR装置の系統は2系統必要)。また、その他に、
アロングトラック・インターフェロメトリSARを実現
する方法として、1系統のSARを用いて、2回観測す
る方法が考えられる。これは、図14・図15に示すよ
うに一度、ターゲットの観測を行った後、引き返して、
もう一度、同じコースで観測することで、アロングトラ
ック・インターフェロメトリSARを実現する方法であ
る。
【0004】また、インターフェロメトリSARの実現
に関しては、例えば、特開平07−110377に示さ
れている。ただし、このインターフェロメトリSARは
クロストラック・インターフェロメトリSARと言わ
れ、高度情報を求めるものである。クロストラック・イ
ンターフェロメトリSARの処理方法は、アロングトラ
ック・インターフェロメトリSARとよく似ているが、
処理の対象となるデータと目的が異なる。すなわち、ク
ロストラック・インターフェロメトリSARでは、異な
る飛行コース上から観測したSARの観測データを基
に、再生した2枚のSAR画像(地表に対する位置関係
が異なる)の位相差を求め、ターゲットの高度情報を得
る。一方、アロングトラック・インターフェロメトリS
ARでは、時間的にずらして同じ飛行コース上から観測
したSARデータを基に、再生した2枚のSAR画像
(観測した時刻がずれている)の位相差を求め、ターゲ
ットの速度情報を得る。なお、一般に、広義の意味での
インターフェロメトリSARは、クロストラック・イン
ターフェロメトリSARとアロングトラック・インター
フェロメトリSARの総称であり、狭義の意味でのイン
ターフェロメトリSARは、クロストラック・インター
フェロメトリSARを指す。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の技術
は、以下の問題点がある。
【0006】従来の2系統のSARを用いるアロングト
ラック・インターフェロメトリSARでは、時間的にず
れた2枚のSAR画像を得るために2系統のSARを用
いるため、SARを2系統用意する必要があるという問
題点がある。このため、アロングトラック・インターフ
ェロメトリSARの実現をするには、重量・消費電力・
データレートの要求が大きいという問題点がある。
【0007】また、1台のアンテナを進行方向に分割し
てアロングトラック・インターフェロメトリSARを実
現する方法では、アンテナは1台で済むが、SARのそ
れ以外の装置が2系統必要であること、そのため、重量
・消費電カ・データレートの要求が大きいことといった
問題点がある。さらに、この方法ではSARのシステム
が複雑になるという問題点がある。
【0008】また、1系統のSARを用いて、2回の観
測を行う方法では、2回の観測の飛行コースを一致させ
るために、SARを搭載した航空機や衛星の飛行コース
の制御を高精度で行う必要があるという問題点がある。
また、2回の観測の間の時間差が大きくなるため、観測
できるターゲットの移動速度の上限が著しく制約される
という問題点がある。
【0009】上記従来技術の問題点に鑑み、本発明の目
的は、特別なハードウェアの付加なく、1系統のSAR
のみを用いた1回のみの観測で、アロングトラック・イ
ンターフェロメトリSARを実現する、アロングトラッ
ク・インターフェロメトリSARを提供することにあ
る。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明のアロングトラッ
ク・インターフェロメトリSARは、1系統のSARに
よるアロングトラック・インターフェロメトリSARで
あって、1回のターゲットの観測によりSARデータを
取得する1系統のSARと、SARデータから時間的に
ずれた2枚のSAR画像を再生処理する手段と、再生処
理した2枚のSAR画像の位相差を計算し、ターゲット
の視線方向の移動速度を検出する手段とを有し、時間的
にずれた2枚のSAR画像を再生処理する手段は、SA
Rが地上に対して移動することにより、地上からの反射
波の周波数がドップラーシフトを起こすことにより、S
ARデータを周波数領域で2分割して処理するルック分
割手段を利用したSAR画像再生処理手段である。
【0011】また、ルック分割手段を利用したSAR画
像再生処理手段として、SARデータと、送信パルスの
周波数時間変化特性とは逆の周波数時間変化特性を有す
るレンジ参照関数との間で相関をとるパルス圧縮処理手
段と、パルス圧縮処理済みSARデータと、SARデー
タを周波数領域で2分割した帯域のうちの一方に対応す
る第1のルック用アジマス参照関数との間で相関をと
り、さらに、パルス圧縮処理済みSARデータと、SA
Rデータを周波数領域で2分割した帯域のうちのもう1
方に対応する第2のルック用アジマス参照関数との間で
相関をとる2ルック分割用の合成開口処理手段と、を有
してもよい。
【0012】従って、特別なハードウェアの付加なく、
1系統のSARのみを用いた1回のみの観測で、アロン
グトラック・インターフェロメトリSARを実現するこ
とができる。
【0013】また、航空機上のSARに、時間的にずれ
た2枚のSAR画像を再生処理する手段と、再生処理し
た2枚のSAR画像の位相差を計算し、ターゲットの視
線方向の移動速度を検出する手段と、をリアルタイムで
行う処理装置を具備してもよい。
【0014】従って、航空機上のSARにリアルタイム
の処理装置を付加することで、機上でターゲットの移動
速度の確認がリアルタイムで可能となる。
【0015】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。
【0016】図1は、アロングトラック・インターフエ
ロメトリSARの原理を示した図である。SARの視線
方向に移動する物体は、時間が経過することで、SAR
の飛行コースまでの距離(伝搬距離)が変化する。その
ため、同一のターゲットを時間をわずかにずらして、2
回観測した場合、ターゲットまでの距離が異なり、位相
差が生じる。この位相差から、2回の観測の間にターゲ
ットが視線方向に移動した距離が計算できる。その移動
距離を観測の時間差で割ることで、視線方向の移動速度
が計算できる。従って、1回の観測データから、時間的
にわずかにずれた2枚のSAR画像を再生することがで
きれば、2回の観測データは必要はない。
【0017】(第1の実施の形態)図2は、本発明の第
1の実施の形態を示す図である。構成としては、航空機
または衛星上に設置された1台のアンテナを有ずる1系
統のSARと地上に設置された処理装置より成る。1系
統のSARにより、ターゲットを1回観測する。取得し
たデータはオンラインまたはオフラインにより地上にお
ろされ、処理装置で処理を行うことで、移動速度を計算
する。なお、取得したデータを地上におろず方法として
は、衛星の場合には、データ通信衛星の経由または地上
との直接通信といった電波による通信が考えられる。航
空機の場合には、データレコーダに記録しその記録媒体
の輸送や、無線による通信等の方法が考えられる。本発
明のSARの運用は図3に示す。また、地上の処理装置
の処理フローは図4に示す。
【0018】図3が、本発明の、1系統のSARが取得
した1回分の観測データで、アロングトラック・インタ
ーフェロメトリSARが実現する運用を示した図であ
る。SARでは、ターゲットに電波が照射されている時
間の間に取得したデータの合成開口処理を行うことで、
アジマス分解能(SARの進行方向の分解能)を改善す
る(アンテナから放射される電波はある角度範囲に広が
っているため、ターゲットに電波が当たり反射する時間
がある長さを持つ)。ここで、SARの反射波の周波数
は、ドップラーシフトのため、時間経過により低くな
る。このため、SARのデータを周波数領域で2分割し
て処理すると(ルック分割)、時間的にずれて観測した
2枚のSAR画像が得られる。この2枚のSAR画像か
ら、位相差を計算し(干渉処理)、それを移動遠度に換
算することで、ターゲットの移動速度が観測できる。
【0019】図4は、本発明のアロングトラック・イン
ターフェロメトリSAR処理フローを示した図である。
上で述ベたとおり、1つのSARデータをルック分割・
SAR再生処理を行うことで、時間的にずれて観測した
2枚のSAR画像を取得し、両者の位相差を取り、これ
を移動速度に換算する。
【0020】以下、本発明のアロングトラック・インタ
ーフェロメトリSARの原理と処理をより詳しく説明す
る。
【0021】まず、SARの基本原理である合成開口処
理について、説明する。
【0022】図5は、ターゲットからの反射波の周波数
のドップラーシフトを示した図である。SARが地上に
対して移動することで、地上からの反射波の周波数はド
ップラーシフトを起こし、時間経過に比例して反射波の
周波数は低くなる。SARはこの現象を利用して、合成
開口処理を行うことで、高いアジマス分解能での観測を
実現する。
【0023】図6は、合成開口処理によるアジマス分解
能の改善を示す図である。図5で示した通り、ターゲッ
トからの反射波の周波数は、時間経過に比例して、低く
なる。ここで、ドップラーシフトの帯域幅をB、受信の
時間幅をT、信号強度を1とする。このSARデータ
と、SARデータとは逆の周波数時間変化特性を持つ参
照関数との間で相関を取ることで、受信の時間幅は1/
B程度、信号強度は(TB)1/2 程度となる。SARで
は、1/BがTより、非常に短いので、ターゲットの受
信時間幅は短くなる。つまり、画像上でみると、アジマ
ス分解能が改善されることになる。この相関を取る処理
を合成開口処理と言う。
【0024】次に、取得したSARデータからのSAR
画像再生処理フロー(レンジ・ドップラー法)について
説明する。図7がその処理フローである。取得したSA
Rデータから、レンジ方向処理(パルス圧縮処理)とア
ジマス方向処理(合成開口処理)を行うことで、SAR
画像が再生される。ここで、レンジ方向処理(パルス圧
縮処理)は、アジマス方向処理(合成開口処理)と原理
が同じである。SARでは、送信パルスの周波数に時間
変化特性を持たせている。それにより、合成開口処理と
同様、SARデータと、送信パルスの周波数時問変化特
性とは逆の周波数時間変化特性を持つ参照関数との間で
相関を取る(パルス圧縮処理)ことで、高いレンジ分解
能を実現する。レンジ方向処理・アジマス方向処理での
相関処理は、通常、フローに示ず通り、SARデータと
参照関数の各々のFFTを行って、周波数領域で行う。
【0025】最後に、本発明の基本に関わるルック分割
について、説明する。
【0026】ルック分割を行うと、1回の観測データか
ら複数のSAR画像を再生することができる。ルック分
割は、通常のSARでは、画質の改善のために利用され
る。すなわち、取得した複数のSAR画像を重ね合わせ
る(平均化する)ことで、画像上のノイズが減少する。
一方、本発明ではルック分割を、アロングトラック・イ
ンターフェロメトリSARの実現のために利用する。処
理手順としては、前者では、ルック分割により得られた
SAR画像を最終的に平均化するが、本発明では、ルッ
ク分割により得られた2枚のSAR画像の位相の差分を
求めることになる。
【0027】図8が、本発明のSAR再生処理で用いら
れる、ルック分割を行う場合のアジマス方向処理のフロ
ーを示す図である(2ルック処理の場合)。具体的に
は、2ルック処理の場合には、ルック1用とルック2用
に、2つのアジマス参照関数を用意し、各々、レンジ方
向処理済みのSARデータと相関をとることで、2枚の
SAR画像を再生する。これがルック分割手段の具体的
な方法になる。
【0028】ルック分割のポイントは、SARデータの
帯域を幾つかに分割して、各々、SAR再生処理するこ
とである。ここで、図9が、ルック分割を行う場合のS
ARデータとアジマス参照関数のドップラー・スペクト
ラムを示した図である(2ルック処理の場合)。参照関
数は、SARデータとの相関を取ることで、帯域フイル
タとしても作用し、SARデータは参照関数と一致する
帯域のみSAR再生処理に利用される。ルック1用とル
ック2用のアジマス参照関数の帯域は、各々、SARデ
ータの帯域を2分割した帯域のうちの一方である。従っ
て、図8のSAR画像1、2の再生に使用されるSAR
データの帯域は、完全にずれており、重なっていない。
【0029】図10は、1つのターゲットに着目したと
きの、ターゲットからの反射の周波数の時変化特性
を示した図である。通常、SARでは、ターゲットの側
方を通過している間、有限時間をかけて、ターゲットに
ビームを照射しつづけることで観測を行う。つまり、図
10では時刻(t 0 −dt)〜(t 0 +dt)の間、タ
ーゲットの観測を行い、その間に観測したデータを合成
することで、はじめてターゲットをSAR画像として再
生する。この時、アジマス方向処理前のデータではター
ゲットからの反射波の観測時刻と周波数は一対一対応と
なっている。すなわち、反射波の周波数は、ターゲット
を観測している間、ドップラーシフトにより、時間に比
例して、一次関数的に減少する。従って、2ルック分割
を行った時、SAR画像1の再生に使用するデータのド
ップラー周波数範囲は(f 0 )〜(f 0 +df)である
が、これは時刻(t 0 −dt)〜(t 0 )の間のターゲ
ットの観測に相当する。一方、SAR画像2の再生に使
用するデータのドップラー周波数範囲は(f 0 −df)
〜(f 0 )であるが、これは時刻(t 0 )〜(t 0 +d
t)の間のターゲットの観測に相当する。すなわち、S
AR画像1は、ターゲットへのビーム照射の開始(t 0
−dt)からSARがターゲットの真横にくるまで(t
0 )のデータを利用して再生した画像であり、SAR画
像2は、ターゲットの真横(t 0 )からターゲットへの
ビーム照射の終了(t 0 +dt)までのデータを利用し
て再生した画像である。従って、周波数領域でルック分
割を行って再生した2枚のSAR画像(SAR画像1、
2)の観測時刻は時間差dtだけずれている。これによ
り、ルック分割を行って再生した2枚のSAR画像(S
AR画像1、2)の間の位相差を取ることで、アロング
トラック・インターフェロメトリSARが可能となる。
【0030】(第2の実施の形態)図11は、本発明の
第2の実施の形態を示す図である。航空機上のSAR
に、SAR再生処理、アロングトラック・インターフェ
ロメトリSAR処理をリアルタイムで行う処理装置を付
加することで、航空機上でリアルタイムにターゲットの
移動速度を検出することが可能である。さらに、計測し
た移動遠度は表示装置により表示される。なお、リアル
タイムの処理装置の処理フローは、第1の実施の形態の
処理装置の処理フローと同じであり、リアルタイムSA
R再生処理装置にルック分割機能と干渉処理機能を付加
することで、実現できる。
【0031】
【発明の効果】以上説明したように、本発明における1
系統のSARによるアロングトラック・インターフェロ
メトリSARによれば、従来の2系統のSARによるア
ロングトラック・インターフェロメトリSARでは、2
系統必要だったSARが1系統で済むという効果があ
る。そのため、必要な重量・電カ・データレートを飛躍
的に軽減すると共に、製造経費が非常に低下する効果が
ある。さらに、1台のアンテナを進行方向に分割してア
ロングトラック・インターフェロメトリSARを実現す
る方法に比ベても、同様の効果がある。
【0032】また、ハードウェアの構成は、アロングト
ラック・インターフェロメトリSARを前提としていな
い通常のSARと変わらないため、現在運用中のSAR
でも、ハードウェアの付加なく、アロングトラック・イ
ンターフェロメトリSARが可能になる効果がある。
【0033】さらに、1系統のSARで2回の観測を行
う方法に比ベると以下の効果がある。まず、観測が1回
で済み、運用が簡単であるという効果がある。また、2
回の飛行コースを一致させるために、飛行コースの高精
度の制御が必要ないという効果がある。さらに、2枚の
SAR画像の間の時間差が短いために、移動速度の観測
できる上限が高いという効果がある。
【0034】また、航空機上のSARにリアルタイムの
処理装置を付加することで(第2の実施の形態)、機上
でターゲットの移動速度の確認がリアルタイムで可能と
なる効果がある。2回の観測を行う方法では、リアルタ
イムでの処理はできない。
【図面の簡単な説明】
【図1】アロングトラック・インターフェロメトリSA
Rの原理を示す図である。 (a)SARによる1回目の観測を示す。 (b)SARによる2回目の観測を示す。 (c)移動速度検出の原理を示す。
【図2】本発明の第1の実施の形態を示す図である。
【図3】本発明の、1系統のSARが1回の観測で、ア
ロングトラック・インターフェロメトリSARが実現す
る運用を示す図である。
【図4】本発明のアロングトラック・インターフェロメ
トリSAR処理フローを示す図である。
【図5】ターゲットからの反射波の周波数のドップラー
シフトを示す図である。
【図6】合成開口処理によるアジマス分解能の改善を示
す図である。 (a)SARデータを示す。 (b)圧縮後のデータを示す。
【図7】取得したSARデータからのSAR画像再生処
理フロー(レンジ・ドップラー法)を示す図である。
【図8】ルック分割を行う場合のアジマス方向処理のフ
ローを示す図である(2ルック処理の場合)。
【図9】ルック分割を行う場合のSARデータとアジマ
ス参照関数のドップラー・スペクトラムを示す図である
(2ルック処理の場合)。
【図10】1つのターゲットに着目したときの、ターゲ
ットからの反射波の周波数の時間変化を示す図である。
【図11】本発明の第2の実施の形態を示す図である。
【図12】従来の2系統のSARによるアロングトラッ
ク・インターフェロメトリSARの運用を示す図であ
る。
【図13】従来の2系統のSARによるアロングトラッ
ク・インターフェロメトリSAR処理フローを示す図で
ある。
【図14】1系統のSARの2回の観測によるアロング
トラック・インターフェロメトリSARの運用を示す図
である。 (a)一回目の観測を示す。 (b)2回目の観測を示す。
【図15】1系統のSARの2回の観測によるアロング
トラック・インターフェロメトリSAR処理フローを示
す図である。
【符号の説明】
1a、1b、2a、2b、11a、11b、20a、2
0b、36a、36b、46 SAR 3a、3b、13a、13b、21a、21b、38
a、38b 伝搬距離 4、10、14、19、22、34、39、44 タ
ーゲットの移動速度(視線方向成分) 5a、5b、15a、15b、23a、23b、24、
40a、40b、49、72 ターゲット 6、12、37、47 SARの移動速度 7a、7b、16a、16b、30、32、41、52
SARのデータ 8a、8b、17a、17b、42a、42b、63、
69a、69b SAR画像 9、18、31、43 画像間の位相差 27、50、73 送信波 26、51、74 反射波 28、75 アンテナ 29、76 SAR装置 31 航空機または衛星 33 処理装置 35 地上 45 ターゲットからの反射波の周波数の時間変化 48 SARの飛行コース 53、55 レンジ方向FFT 54 レンジ参照関数 56 レンジ方向IFFT 57 レンジ方向処理 58、60、65、67a、67b アジマス方向F
FT 59、66a、66b アジマス参照関数 61、68a、68b アジマス方向IFFT 62 アジマス方向処理 64 レンジ方向処理済みSARデータ 70 SARデータのドップラー・スペクトラム 71a、71b アジマス参照関数のスペクトラム 77 リアルタイム処理装置 78 表示装置 79 航空機
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01S 7/00 - 7/42 G01S 13/00 - 13/95

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 1系統のSARによるアロングトラック
    ・インターフェロメトリSARであって、 1回のターゲットの観測によりSARデータを取得する
    1系統のSARと、 前記SARデータから時間的にずれた2枚のSAR画像
    を再生処理する手段と、 前記再生処理した2枚のSAR画像の位相差を計算し、
    前記ターゲットの視線方向の移動速度を検出する手段と
    を有し、 前記時間的にずれた2枚のSAR画像を再生処理する手
    段は、 SARが地上に対して移動することにより、地上からの
    反射波の周波数がドップラーシフトを起こすことによ
    り、前記SARデータを周波数領域で2分割して処理す
    るルック分割手段を利用したSAR画像再生処理手段で
    あることを特徴とするアロングトラック・インターフェ
    ロメトリSAR。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載のアロングトラック・イ
    ンターフェロメトリSARであって、 ルック分割手段を利用したSAR画像再生処理手段とし
    て、 SARデータと、送信パルスの周波数時間変化特性とは
    逆の周波数時間変化特性を有するレンジ参照関数との間
    で相関をとるパルス圧縮処理手段と、 該パルス圧縮処理済みSARデータと、SARデータを
    周波数領域で2分割した帯域のうちの一方に対応する第
    1のルック用アジマス参照関数との間で相関をとり、さ
    らに、前記パルス圧縮処理済みSARデータと、SAR
    データを周波数領域で2分割した帯域のうちのもう1方
    に対応する第2のルック用アジマス参照関数との間で相
    関をとる、2ルック分割用の合成開口処理手段と、 を有することを特徴とするアロングトラック・インター
    フェロメトリSAR。
  3. 【請求項3】 請求項1または請求項2に記載のアロン
    グトラック・インターフェロメトリSARであって、 航空機上のSARに、 アロングトラック・インターフェロメトリSAR処理手
    段と、 前記時間的にずれた2枚のSAR画像を再生処理する手
    段と、 前記再生処理した2枚のSAR画像の位相差を計算し、
    前記ターゲットの視線方向の移動速度を検出する手段
    と、 をリアルタイムで行う処理装置を具備することを特徴と
    するアロングトラック・インターフェロメトリSAR。
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