JP3214483B2 - 合成開口レーダシステム - Google Patents

合成開口レーダシステム

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JP3214483B2 JP03635999A JP3635999A JP3214483B2 JP 3214483 B2 JP3214483 B2 JP 3214483B2 JP 03635999 A JP03635999 A JP 03635999A JP 3635999 A JP3635999 A JP 3635999A JP 3214483 B2 JP3214483 B2 JP 3214483B2
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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、合成開口レーダ
(以下、SARと称する)システムに関し、特にSAR画
像のレンジ方向分解能の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】SARのレンジ(距離)方向の空間分解
能は、送信するチャープパルスが占有する周波数帯域幅
の逆数に比例することが知られている。したがって、レ
ンジ分解能を改善するには、占有帯域幅の広いチャープ
パルス信号を送信すればよいが、一方、宇宙から地球に
向けて発射できる電波の周波数帯域は国際的な取り決め
(WRC(世界無線通信会議)−97)により決められ
ており、例えばLバンドでは、1215〜1300MH
zの85MHzである。レンジ分解能を地上に投影した
分解能、すなわちグランドレンジ分解能は、レーダビー
ムの地上への入射角に依存して変動するが、上記85M
Hzで実現可能な分解能は、入射角38度でグランドレ
ンジ分解能約3m、入射角63度で約2mが限度であ
る。
【0003】それ以上の分解能を得る方法として、同じ
ターゲット(観測域)を異なるオフナディア角で、複数
回観測する方法がある。その一例が、1993年1月、
アイ・イー・イー・イー・トランザクションズ・オン・
エアロスペース・アンド・エレクトロノック・システム
ズ、第29巻、第4号(IEEE TRANSACTI
ONS ON AEROSPACE AND ELEC
TRONIC SYSTEMS )の135〜144頁
に記載されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のシステムでは、次のような問題がある。第1の
問題点は、1基の衛星に搭載されたSARでターゲット
を複数回(N回)観測するため、衛星の回帰日数(通
常、数日ないし数十日)のN倍の長期間を必要とし、そ
の期間にターゲットに変化があれば、最終的に高分解能
画像が得られないということである。 その理由は、高
分解能処理を実施する際の必要条件であるデータ間の相
関度が大きく劣化するためである。
【0005】第2の問題点は、同一ターゲットを連続す
る回帰軌道で取得したデータが、必ずしもレンジ分解能
に改善につながる有効なデータとは限らないということ
である。 その理由は、従来のSAR搭載衛星の軌道
が、高分解能画像を得るための条件を満たすような精度
で制御されていないためである。
【0006】本発明の目的は、宇宙レーダより発射され
る信号の周波数帯域幅から決定されるレンジ分解能より
優れた分解能の画像を得ることのできる合成開口レーダ
システムを提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明による合成開口レ
ーダシステムは、合成開口レーダを搭載した衛星とその
衛星により取得される観測データを用いてSAR画像を
得る処理系からなるSARシステムにおいて、前記衛星
は複数基からなり、かつ各々のSAR衛星が同一ターゲ
ットを異なる入射角で観測することにより、画像を作成
する処理において、複数のSARから得られる受信信号
の周波数スペクトルを合成することにより等価的に送信
周波数の帯域幅を拡大して処理することを特徴としてい
る。
【0008】このSARシステムは、異なる入射角で同
一ターゲットを観測し、それらの周波数スペクトルを合
成することにより、等価的に送信周波数の帯域幅を広げ
るという作用を実行する。
【0009】従って、最終的に得られるレンジ分解能
は、周波数の帯域幅が広げられた割合だけ高分解能化が
達成されるという効果が得られる。
【0010】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。
【0011】図1を参照すると、本発明の一実施の形態
としてのSARシステムが示されている。図において、
1、2、……、Nは、SAR衛星であり、紙面に垂直に
航行する。各SAR衛星で取得された観測データは、デ
ータ中継衛星(図示せず)或いは直接のダウンリンクに
より、地上に設置されたSAR画像処理系11に導か
れ、画像化される。この時、各衛星が地表12上のある
ターゲット13を観測するオフナディア角θ1、θ2、
……、θNは、お互いに異なる値となるよう衛星の軌道
が設定される。SAR衛星1がターゲット13を観測す
るオフナディア角(地心方向とSARビームのなす角
度)θ1と、SAR衛星2がターゲット13を観測する
オフナディア角θ2の差をΔθとすると、周波数シフト
量Δfは、 Δf=fo・Δθ/tanθ1 ……(式1) で与えられる。ただし、foは送信チャープパルスの中
心周波数であり、便宜上、オフナディア角≒入射角とし
ている。
【0012】図2を参照すると、本発明による受信周波
数帯域幅の等価的な拡大が示されている。図において、
横軸は周波数、縦軸は各周波数における受信信号の強
さ、すなわち周波数スペクトルを表す。図の(a)、
(b)は、それぞれ衛星1及び2で観測される周波数ス
ペクトルである。両者は式1によりΔfだけずれ、太線
で示した部分が共通なスペクトル領域である。図の
(c)は、(b)のスペクトルをΔfずらしたものであ
り、(d)は、スペクトル(a)と(c)を足し合わせ
たもので、周波数スペクトルは元のBから(B+Δf)
に拡大されることになる。以下、同様に衛星3、4、…
…、Nのスペクトルを繋ぎ合わせることにより、さらに
周波数スペクトルを拡大できる。
【0013】一例として、周波数帯域幅Bを85MH
z、中心周波数f0を1257.5MHz、入射角(≒
オフナディア角)を40度とした時、グランドレンジ分
解能1mを得るのに必要な周波数帯域幅B′は、 B′=c/2sinθ≒233(MHz)……(式2) となる。ここで、cは光速度である。Δθによって、
B′−B=148(MHz)だけ周波数シフトさせれば
よい。これに必要なΔθtは、 Δθt=(B′−B)tanθ/fo≒5.66度 ……(式3) となる。周波数スペクトルの共通領域を考慮すると、こ
の角度を1.5〜2度程度に分割(4衛星で観測)すれ
ばよい。このようにして得られた周波数スペクトルを用
いてSAR画像を作成する方法は、当業者にとってよく
知られており、その説明は省略する。
【0014】次に、あるターゲットを異なる入射角で観
測する衛星軌道について説明する。
【0015】第一の軌道例は、赤道に対してある角度を
有する傾斜角軌道をとる。さらに、N基の衛星は同一の
軌道面で、かつ、ほぼ一定の距離をおいて航行するよう
に制御される。衛星1であるターゲットをオフナディア
角θ1で観測した後、衛星2で同じターゲットを観測し
ようとすると、その間に地球の自転によりターゲットは
Δθずれた位置にあるので、衛星2のオフナディア角は
(θ1+Δθ)すなわちθ2となるように設定されてい
る。以下、衛星3、4、……、Nのオフナディア角も順
次Δθ程度異なるように設定されている。この場合、衛
星はお互いに十分離れているので、取得したデータを地
上に伝送するのに全く同じ周波数帯を使用することが可
能となる。さらに、すべての衛星が同一軌道面にあるの
で、衛星群の軌道制御も比較的容易になる利点がある。
【0016】第2の軌道例は、各衛星を異なる軌道面に
投入する。すなわち、各衛星が略略並列飛行し、かつ、
各軌道面が順次Δθずれるように設定される。この場
合、取得データを同時に地上のSAR処理系に伝送する
には異なる周波数帯を使用する、或いは、時間差を設け
て伝送する等の工夫が必要となるが、観測がほぼ瞬時で
あるため、ターゲットの変化による分解能の劣化が生じ
ない。
【0017】この軌道例の更なる応用例を説明する。タ
ーゲットからの電波の散乱は通常広角度に分布するの
で、例えばSAR衛星1から発射された送信パルスを、
すべての衛星で受信するようにすれば、衛星1以外は送
信系を必要としない。SAR衛星の消費電力の大部分は
送信系で消費されるので、1以外のSAR衛星の所要電
力は大幅に低減されるメリットがある。
【0018】第3の軌道例は、第1と第2の軌道例をミ
ックスしたものである。すなわち、複数の軌道面に、1
基または複数基のSAR衛星を配置する。一例として、
衛星4基の場合、SAR衛星1と2を同一軌道面に投入
し、SAR衛星3と4を2Δθずれた軌道面に投入し、
かつ、衛星1と2、及び衛星3と4の、航行時間差を8
分(Δθのオフナディア角度差に対応)となるように設
定すれば、第1あるいは第2の軌道例と同じ効果が得ら
れる。
【0019】第4の軌道例として、低軌道観測衛星にお
いて大気抵抗によって生ずる回帰性のずれを積極的に取
り込み、各衛星が回帰したとき、そのずれが所望の値
(例えば、Δθ)となるように軌道を制御することによ
って、同等の結果を得ることができる。
【0020】
【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、次のような効果を奏する。
【0021】第1の効果は、送信周波数の帯域幅から決
定されるレンジ分解能よりも優れた分解能を有するSA
R画像作成に必要なデータを、従来に比して極めて短時
間に取得できることにある。その理由は、同一ターゲッ
トを、複数のSAR衛星により異なる角度で観測するた
めである。
【0022】第2の効果は、短期間に変化するターゲッ
トに対しても、確実に高分解能画像が得ることができる
ことにある。その理由は、従来の場合、高レンジ分解能
化のためのデータ取得に、少なくとも数日〜数十日を要
していたのに対して、本発明によれば、瞬時、あるい
は、数十分以内に必要な観測データをすべて取得できる
ためである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態を示す説明図である。
【図2】 本発明による受信周波数の拡大効果を示す説
明図であり、(a)は衛星1の観測スペクトル、(b)
は衛星2の観測スペクトル、(c)は、衛星2の観測ス
ペクトルをΔfだけシフトしたもの、(c)は(a)と
(c)を合わせたものを示す。
【符号の説明】
1、2、……、N…合成開口レーダ搭載衛星、 11…合成開口レーダ画像処理系、 12…地表、 13…ターゲット(観測域)
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平9−113615(JP,A) 特開 平9−178846(JP,A) 特開 平8−166447(JP,A) 特許2737570(JP,B2) 特公 平7−27021(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,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】同一の観測域を異なる入射角で観測する合
    成開口レーダ(SAR)を搭載した複数のSAR衛星
    と、複数のSARにより取得されたデータを用いて、前
    記観測域の画像を作成する処理系とからなり、画像を作
    成する処理において、前記複数のSARから得られる受
    信信号の周波数スペクトルを合成することにより等価的
    に送信周波数の帯域幅を拡大して処理することを特徴と
    する合成開口レーダシステム。
  2. 【請求項2】請求項1において、複数のSAR衛星は同
    一の軌道面にあり、かつ、ほぼ一定の距離をおいて航行
    することにより、地球の自転により互いに異なるオフナ
    ディア角で地球を観測することを特徴と合成開口レーダ
    システム。
  3. 【請求項3】請求項1において、複数のSAR衛星は互
    いに異なる軌道面に配置され、かつ、その隣接軌道面間
    のなす角度はほぼ一定として互いに異なるオフナディア
    角で観測することを特徴とする合成開口レーダシステ
    ム。
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