JP3332000B2 - Sar装置 - Google Patents

Sar装置

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JP3332000B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明が属する技術分野】本発明は、SAR装置(合成
開口レーダ装置)に関し、特に衛星に搭載した場合に回
帰軌道を利用することなくレンジ分解能を高めることが
できる高レンジ分解能SAR装置に関する。
【0002】
【従来の技術】SAR装置は、2次元画像レーダの一種
であり、レンジ方向(SAR装置の進行方向に垂直な方
向:距離方向)に関しては、図6に示すようにパルス圧
縮により分解能を高くしている。図6において、(a)
は、送信信号で、パルス幅τにおいて周波数が変化する
チャープ信号を示している。(b)は、チャープ信号に
おけるパルス幅τにおける時間と周波数の関係を示す
図、(c)はチャープ信号における帯域幅Bとパワーレ
ベルとの関係を示す図、(d)はパルス圧縮処理をして
SAR画象再生されたときの分解能が高くなる関係を示
す図である。この時のレンジ分解能の計算式は(1)式
のようになり、信号帯域幅Bに反比例している。
【0003】 δ≒c/(2×B×sin(i))……(1) ただし、 δ:レンジ分解能(グランドレンジ分解能) B:信号帯域幅 i:入射角 また、アジマス方向(SAR装置の進行方向に平行な方
向)については、ドップラーシフトを利用したアジマス
圧縮処理により分解能を高くしており、アジマス分解能
はドップラー帯域幅Wに反比例する。
【0004】式(1)からも解るように、レンジ分解能
を高めるためには広い信号帯域幅Bが必要であるが、通
常、技術的制約と法的な制約により、送信信号の帯域幅
は所定幅以上に上げることはできず、通常の方法では、
レンジ分解能の向上に限界があった。そのため、異なる
軌道から、異なる方向で、観測対象を複数回観測を行う
ことでレンジ分解能を高める方法が提案されている。す
なわち、異なる角度から観測対象を観測すると、観測対
象からのスペクトルが周波数軸上でシフトすることが知
られており、図7の(a)に示すように地表面に投影し
た波長の長さはオフナディア角θ(≒入射角i)により
異なるため、異なるオフナディア角θでの観測は、異な
った波長(周波数)での観測と同じことであり、その周
波数の差Δfだけスペクトルがずれる。
【0005】 Δf=fo×Δi/tan(i)・・・・(2) ただし、 Δf:スペクトルのシフト量、 fo:送信波の周波数、 i:入射角、 Δi:2つの観測間での入射角の差 したがって、異なる角度から観測した2つのデータのス
ペクトラムを、図8に示すように共通スペクトル領域が
同じ周波数になるように、シフト量Δfを逆補正し、
者をつなぎ合わせれば、レンジ圧縮に使用する帯域幅を
Bから(B+Δf)に広げることができる。その結果、
高いレンジ分解能が実現できる。図8で、(a)は観測
1(オフナディア角θ)のスペクトルを示し、(b)は
観測2(オフナディア角(θ+Δθ))のスペクトルを
示し、(c)は観測2のスペクトルをΔfだけシフトし
たものを示し、(d)は(a)と(c)を合わせたもの
をしめしている。尚、以上の実現には、2つの異なる角
度からの観測だけでなく、複数回の異なる角度からの観
測にも拡張可能である。
【0006】異なる角度(オフナディア角)からの観測
を行う方法として、衛星にSAR装置を搭載する場合
は、回帰軌道を利用し、平行な軌道からの観測を複数回
実施していた。この様子を図9に示す。このような技術
に関しては、C.PRATI、F.ROCCAによる方法
「Improving Slant−RanngeRe
solution With Multiple SA
R Survey」、IEEE Trans on G
E、vol.29(1993)、p135―143 が知られてい
る。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】レンジ分解能を高める
ため先に説明した従来技術において、送信信号の帯域幅
を広げることは、電波の占有帯域を広げてしまうこと、
またSAR装置の高速化や広帯域化を必須とすることで
あり、前述したように各種の制約のためできなかった。
さらに、図9に示した平行する軌道から観測した複数回
の観測データを基に、帯域幅をつなぎ合わせることでレ
ンジ分解能を高める方法では、観測時間が長くなる欠点
があった。特に、衛星に搭載する場合は、複数回の観測
に数日から数十日が必要であり、この間観測対象が変化
すると、正確な観測データが得られないものであった。
【0008】したがって、本発明の目的は、データを取
るための周回が不要で、正確にレンジ分解能を高めるこ
とができるSAR装置を提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、アンテ
ナビームの指向方向をアジマス方向及びレンジ方向に
御できる構成を持ち、軌道上を移動中に同一観測領域を
複数回観測することで複数回のデータ取得を行い、レン
ジ分解能を高めることができる。
【0010】本発明においては、短時間でデータを取得
でき、しかも周回も必要とせず、レンジ分解能を高める
ことができる。
【0011】
【発明の実施の形態】図1は、本発明の実施の形態の構
成をしめす構成図であり、大きくはSARユニット1と
SAR再生処理ユニット2から構成される。SARユニ
ット1は、人工衛星あるいは航空機に搭載され、主要構
成要素は、SARの送信信号を発生する送信器11と、
送信信号を送信波として送出するとともに観測対象から
の反射波を受けるアンテナ12と、アンテナ12で受信
した反射波をSARデータに変換する受信器13と、S
AR各部とアンテナのビーム指向方向を電気的に制御す
るSAR制御部14から構成される。
【0012】次に、動作を説明する。本発明において
は、図2に示すように最初の観測を行ったあと、アンテ
ナビームの指向方向を電気的に変更し、再び同じ観測領
域の観測を行う。これをn回繰り返し、最後に各々観測
データを基にSAR再生処理を行う。また、軌道上の移
動とこの観測動作の関係を図3で示す。
【0013】SAR再生処理ユニット2は,SARユニ
ット1とともに人工衛星あるいは航空機に搭載されても
いいし、地上に設置されてもよく、SARデータ(1〜
n)をFFT処理し、それぞれ周波数シフト量補正した
あと、n回分のSARデータの帯域の合成、SAR再生
処理、そしてSAR画像生成がなされる。n回分のSA
Rデータの帯域合成により、高分解能(レンジ)SAR
画像再生ができる。
【0014】図1の実施の形態では、ビーム方向の変更
を、電気的に変更していたが、図4に示すように、アン
テナ駆動装置を設け、機械的に制御してもよい。さら
に、図5に示すようにSARユニットを搭載している衛
星(あるいは航空機)の姿勢自体を制御してもよい。図
1の場合、大きくアンテナビームを振るとアンテナパタ
ーンの形状が悪化し、画質が劣化する可能性もあるが、
図4、5の場合はビームを大きく振っても、アンテナパ
ターンの形状が悪化することは無い。また、アジマスの
分解能の改善を併せて行うため、複数回の観測の各々に
おいて、1回の観測内でビーム方向の制御を行うスポッ
トライトSAR運用を実施してもよい。
【0015】
【発明の効果】以上、本発明によれば、データを取るた
めの周回をせずにレンジ分解能を高めることができるS
AR装置が得られる。さらに、データ取得にかかる時間
が短く、観測対象の変化に影響を受け無いSAR再生画
像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態を示す図。
【図2】本発明の動作を説明するための図。
【図3】本発明の動作を移動軌道との関係で説明するた
めの図。
【図4】本発明の第2の実施の形態を示す図。
【図5】本発明の第3の実施の形態を示す図。
【図6】SAR画像再生におけるパルス圧縮による分解
能の改善動作を示す図。
【図7】SAR画像再生における異なる観測角からの観
測による分解能の改善動作を示す図。
【図8】異なる角度から観測した2つのデータのスペク
トラムを、帯域を合わせて合成することによる分解能の
改善動作を示す図
【図9】従来のSAR装置の移動軌道の関係を示す図。
【符号の説明】
1 SARユニット 2 SAR再生処理ユニット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−45582(JP,A) 特開 平2−210285(JP,A) 特開 昭59−52779(JP,A) 特開 平10−268045(JP,A) 特開 平6−331737(JP,A) 特開 昭63−75686(JP,A) 特開 昭63−75687(JP,A) 特開 平3−239982(JP,A) 特開 平9−230039(JP,A) 特公 平3−17314(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】アンテナビームの指向方向をアジマス方向
    及びレンジ方向に制御できる構成を持ち、軌道上を移動
    中に同一観測領域を複数回観測することで複数回データ
    取得を行い、取得された複数回データをそれぞれ周波数
    シフト量補正した後、帯域の合成を行って、レンジ分解
    能を高めることを特徴とするSAR装置。
  2. 【請求項2】前記複数回のデータ取得において、同一観
    測領域上の観測対象に対する観測角がそれぞれ異なるこ
    とを特徴とする請求項1記載のSAR装置。
  3. 【請求項3】アンテナビームの指向方向を制御できる構
    成を持ち、軌道上を移動中にアンテナビームをアジマス
    方向に振ることにより同一観測領域を複数回観測するこ
    とで複数回のデータ取得を行い、取得された複数回デー
    タをそれぞれ周波数シフト量補正した後、帯域の合成を
    行って、レンジ分解能を高めることを特徴とするSAR
    装置。
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