JP4902868B2 - Information processing apparatus and program - Google Patents

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Description

この発明は、例えば、航空機や衛星等の飛行体に搭載し、地表面を観測して高度情報を含んだ画像(合成開口レーダ画像及び数値標高モデル)を得るための干渉型合成開口レーダ技術に関するものである。   The present invention relates to an interferometric synthetic aperture radar technique for obtaining an image (synthetic aperture radar image and digital altitude model) including altitude information by observing the ground surface and mounted on a flying body such as an aircraft or a satellite. Is.

合成開口レーダは、航空機や衛星等の移動プラットフォームに搭載され、移動しつつ側方に電波を送受信して観測を行い、得られたデータを信号処理することにより観測領域の二次元の高分解能画像である合成開口レーダ画像を得ることが出来るレーダである。
干渉型合成開口レーダは、異なる位置から同じ地点を観測して得られた2枚の合成開口レーダ画像を用いて、観測領域の高度情報(数値標高モデル)を得ることが出来るレーダである(例えば、特許文献1)。
なお、この高度情報を求める処理をインタフェロメトリ処理と呼ぶ。
特開2004−191053号公報
Synthetic Aperture Radar is mounted on a mobile platform such as an aircraft or satellite, and performs observation by transmitting and receiving radio waves to the side while moving, and processing the obtained data to obtain a two-dimensional high-resolution image of the observation area. This is a radar capable of obtaining a synthetic aperture radar image.
Interferometric synthetic aperture radar is a radar that can obtain altitude information (numerical altitude model) of an observation area using two synthetic aperture radar images obtained by observing the same point from different positions (for example, a digital elevation model). Patent Document 1).
This process for obtaining altitude information is called an interferometry process.
JP 2004-191053 A

干渉型合成開口レーダは、2枚の合成開口レーダ画像から位相情報の差を求め、この位相情報の差を高度情報に変換することにより、観測領域の高度情報を求める。
この位相情報の差から高度情報への変換には、観測領域(観測対象)への入射角の値が必要であり、入射角の値を求めるためには自機の高度情報を必要とする。
このため、一般的な干渉型合成開口レーダでは、機体にGPS(Global PosItioning System)アンテナを搭載することにより自機の高度情報を計測する。
しかし、GPSは、位置精度は高いが高度精度が低く誤差を持つため、得られた観測領域の高度情報に誤差を生じてしまうという課題があった。
The interferometric synthetic aperture radar obtains the difference in phase information from two synthetic aperture radar images and converts the difference in phase information into altitude information to obtain altitude information in the observation region.
Conversion from this phase information difference to altitude information requires the value of the incident angle to the observation region (observation target), and the altitude information of the own aircraft is required to obtain the value of the incident angle.
For this reason, in a general interference type synthetic aperture radar, the altitude information of its own device is measured by mounting a GPS (Global Positioning System) antenna on the airframe.
However, since GPS has high position accuracy but low altitude accuracy and an error, there is a problem that an error occurs in the obtained altitude information of the observation area.

本発明は、このような課題を解決することを主な目的の一つとし、観測領域の高度情報に含まれる誤差を抑制し、高精度の高度計測を行うことを特徴とする。   One of the main objects of the present invention is to solve such a problem, and is characterized by suppressing an error included in altitude information of an observation region and performing highly accurate altitude measurement.

本発明に係る情報処理装置は、
飛行体に搭載される情報処理装置であって、
前記飛行体に配置されている3つ以上のアンテナのうちのいずれかのアンテナから送信され、観測対象に反射して前記3つ以上のアンテナで受信されたパルス信号を取得し、前記飛行体の運動状況、位置及び高度を計測するセンサから前記飛行体の運動状況、位置及び高度の情報を取得し、前記パルス信号と前記飛行体の運動状況、位置及び高度の情報とを用いて、3つ以上の2次元画像を生成する画像生成部と、
前記画像生成部により生成された前記3つ以上の2次元画像を用いて、前記観測対象の高度を示す高度情報を2つ以上生成する第一の高度情報生成部と、
前記第一の高度情報生成部により生成された前記2つ以上の高度情報と、前記3つ以上のアンテナの位置関係とを用いて、高度情報に含まれる誤差を推定する誤差推定部と、
前記誤差推定部により推定された誤差を用いて、前記観測対象の誤差補正後の高度を示す高度情報を生成する第二の高度情報生成部とを有することを特徴とする。
An information processing apparatus according to the present invention includes:
An information processing device mounted on a flying object,
A pulse signal transmitted from any one of the three or more antennas arranged on the flying object, reflected by the observation target and received by the three or more antennas is acquired, Information on the motion status, position and altitude of the flying object is obtained from a sensor that measures the motion status, position and altitude, and three information are obtained using the pulse signal and information on the motion status, position and altitude of the flying object. An image generation unit for generating the above two-dimensional image;
A first altitude information generating unit that generates two or more altitude information indicating the altitude of the observation target using the three or more two-dimensional images generated by the image generating unit;
An error estimator that estimates an error included in altitude information using the two or more altitude information generated by the first altitude information generator and the positional relationship of the three or more antennas;
And a second altitude information generation unit that generates altitude information indicating the altitude of the observation target after error correction using the error estimated by the error estimation unit.

本発明によれば、観測対象についての2つ以上の高度情報と、3つ以上のアンテナの位置関係を用いて、高度情報に含まれる誤差を推定し、推定した誤差を用いて、誤差を補正して観測対象の高度を計測するため、高度情報に含まれる誤差を抑制し、高精度の高度計測を行うことができる。   According to the present invention, the error included in the altitude information is estimated using two or more altitude information about the observation target and the positional relationship of three or more antennas, and the error is corrected using the estimated error. Thus, since the altitude of the observation target is measured, an error included in the altitude information can be suppressed and highly accurate altitude measurement can be performed.

実施の形態1.
本実施の形態では、航空機や人工衛星等の飛行体に搭載され、地表面の高分解能画像及び高度情報を得る干渉型合成開口レーダ装置において、自機高度の測定誤差による地表面の高度情報の誤差を推定して補償することを可能とした干渉型合成開口レーダ装置について説明する。
Embodiment 1 FIG.
In this embodiment, an interferometric synthetic aperture radar device that is mounted on a flying body such as an aircraft or an artificial satellite and obtains a high-resolution image and altitude information of the ground surface, the altitude information of the ground surface due to the measurement error of its own altitude. An interference-type synthetic aperture radar apparatus that can estimate and compensate for errors will be described.

図1は、この発明の実施の形態1による干渉型合成開口レーダ装置100の構成例を示す構成図である。
干渉型合成開口レーダ装置100は、航空機や人工衛星などの飛行体に搭載される。
また、干渉型合成開口レーダ装置100の構成要素のうち、破線で囲んだ範囲が本発明に係る情報処理装置200の例となる。
FIG. 1 is a configuration diagram showing a configuration example of an interference synthetic aperture radar apparatus 100 according to Embodiment 1 of the present invention.
The interferometric synthetic aperture radar apparatus 100 is mounted on a flying object such as an aircraft or an artificial satellite.
Moreover, the range enclosed with the broken line among the components of the interference type synthetic aperture radar apparatus 100 is an example of the information processing apparatus 200 according to the present invention.

図1において、1〜3はアンテナA、B、Cであり、航空機や人工衛星などの移動プラットフォームに搭載される部分であり、これらは、図2に示す位置関係を必要とする。
図2において、移動プラットフォームは紙面と直交する方向に移動し、アンテナA〜Cは、紙面と平行な平面内で、直線状に配置する。
従来の干渉型合成開口レーダではアンテナは2つあればよく、この構成は本装置の一つの特徴を構成する部分である。
干渉型合成開口レーダでは、インタフェロメトリ処理を行う2つのアンテナを結ぶ直線をベースラインと呼ぶが、本装置の構成では、水平面からの傾きが等しく、長さの異なるベースラインを必要とする。
具体的には、図2に示すように、アンテナA、アンテナB間をベースライン1と呼び、アンテナA、アンテナC間をベースライン2と呼ぶ。
また、アンテナ間距離、すなわちベースラインの長さをベースライン距離という。
In FIG. 1, reference numerals 1 to 3 denote antennas A, B, and C, which are parts mounted on a mobile platform such as an aircraft or an artificial satellite, and these require the positional relationship shown in FIG.
In FIG. 2, the moving platform moves in a direction perpendicular to the paper surface, and the antennas A to C are arranged in a straight line within a plane parallel to the paper surface.
In the conventional interferometric synthetic aperture radar, there are only two antennas, and this configuration is one of the features of this apparatus.
In the interferometric synthetic aperture radar, a straight line connecting two antennas that perform interferometry processing is referred to as a baseline. However, in the configuration of the present apparatus, baselines having the same inclination from the horizontal plane and different lengths are required.
Specifically, as shown in FIG. 2, the area between the antenna A and the antenna B is called a baseline 1, and the area between the antenna A and the antenna C is called a baseline 2.
Further, the distance between antennas, that is, the length of the baseline is referred to as a baseline distance.

また、アンテナAは、信号送受信部2で生成された高周波パルス信号を空間に放射する部分であり、アンテナA〜Cは、その高周波パルス信号の反射信号、すなわち観測領域(観測対象)で反射した高周波パルス信号を受信する部分である。
動揺センサ4は、移動プラットフォームの運動状況(速度、加速度、姿勢等)を計測する慣性センサ及び移動プラットフォームの位置、高度を計測するGPS(Global PosItioning System)アンテナより構成される。
信号送受信部5は、高周波パルス信号を生成してアンテナAに送るとともに、アンテナA〜Cで受信された信号を増幅する送受信手段を構成する。
画像再生処理部6は、信号送受信部5より受信した信号と、動揺センサ4で計測したプラットフォームの運動状況及び位置、高度の情報から、2次元の高分解能画像である合成開口レーダ画像(2次元画像)を再生する。
合成開口レーダ画像7は、画像再生処理部6によって生成された画像データであり、アンテナA〜Cのデータ各々に対して生成する。
つまり、画像再生処理部6は、移動プラットフォーム(飛行体)に配置されている3つのアンテナのうちのいずれかのアンテナから送信され、観測対象に反射して3つのアンテナで受信されたパルス信号を取得し、移動プラットフォームの運動状況、位置及び高度を計測するセンサから移動プラットフォームの運動状況、位置及び高度の情報を取得し、パルス信号と移動プラットフォームの運動状況、位置及び高度の情報とを用いて、3つの2次元画像である合成開口レーダ画像7を生成する。
画像再生処理部6は、画像生成部の例である。
The antenna A is a part that radiates the high-frequency pulse signal generated by the signal transmission / reception unit 2 to the space, and the antennas A to C are reflected by the reflected signal of the high-frequency pulse signal, that is, the observation region (observation target). This is the part that receives the high-frequency pulse signal.
The sway sensor 4 includes an inertial sensor that measures the movement status (speed, acceleration, posture, etc.) of the mobile platform and a GPS (Global Positioning System) antenna that measures the position and altitude of the mobile platform.
The signal transmission / reception unit 5 generates a high-frequency pulse signal and sends it to the antenna A, and constitutes transmission / reception means for amplifying signals received by the antennas A to C.
From the signal received from the signal transmission / reception unit 5 and the information on the motion state and position of the platform and the altitude measured by the motion sensor 4, the image reproduction processing unit 6 is a synthetic aperture radar image (two-dimensional high-resolution image). Image).
The synthetic aperture radar image 7 is image data generated by the image reproduction processing unit 6 and is generated for each of the data of the antennas A to C.
That is, the image reproduction processing unit 6 transmits a pulse signal transmitted from one of the three antennas arranged on the mobile platform (flying object) and reflected by the observation target and received by the three antennas. Acquire the movement status, position and altitude information of the mobile platform from the sensors that acquire and measure the movement status, position and altitude of the mobile platform, and use the pulse signal and the motion status, position and altitude information of the mobile platform A synthetic aperture radar image 7 that is three two-dimensional images is generated.
The image reproduction processing unit 6 is an example of an image generation unit.

インタフェロメトリ処理部8は、2枚の合成開口レーダ画像から、観測領域の高度情報を生成する。
観測領域の高度情報9は、観測領域(観測対象)の高度を示す高度情報である。3枚の合成開口レーダ画像のうち2枚を組み合わせることで、2つの高度情報を得ることができる。
つまり、インタフェロメトリ処理部8は、画像再生処理部6により生成された3枚の合成開口レーダ画像を用いて、観測領域の高度を示す高度情報を2つ生成する。
インタフェロメトリ処理部8は、第一の高度情報生成部の例である。
なお、インタフェロメトリ処理部8により生成された観測領域の高度情報9は、後に詳述するように、一般に誤差を含んでいる。
The interferometry processing unit 8 generates altitude information of the observation area from the two synthetic aperture radar images.
The observation area altitude information 9 is altitude information indicating the altitude of the observation area (observation target). Two pieces of altitude information can be obtained by combining two of the three synthetic aperture radar images.
That is, the interferometry processing unit 8 generates two pieces of altitude information indicating the altitude of the observation region using the three synthetic aperture radar images generated by the image reproduction processing unit 6.
The interferometry processing unit 8 is an example of a first altitude information generation unit.
Note that the observation area altitude information 9 generated by the interferometry processing unit 8 generally includes an error, as will be described in detail later.

2ベースラインによる誤差推定部10は、水平面からの傾きが等しく、長さの異なる2つベースラインの条件で求めた2つの高度情報から、高度情報に含まれる誤差を推定する。
つまり、2ベースラインによる誤差推定部10は、インタフェロメトリ処理部8により生成された2つの高度情報と、3つのアンテナの位置関係とを用いて、高度情報に含まれる誤差を推定する。
具体的には、2ベースラインによる誤差推定部10は、3つのアンテナのアンテナ間距離である相互に長さの異なる2つのベースライン距離を用いて、観測領域への高周波パルス信号の入射角(オフナディア角)の誤差を推定する。
観測領域への高周波パルス信号の入射角(オフナディア角)の誤差とは、アンテナAから送出された高周波パルス信号の観測領域の実際の入射角(オフナディア角)と、GPSにより測定された自機高度を用いて算出された計算上の高周波パルス信号の入射角(オフナディア角)との差異を意味する。
2ベースラインによる誤差推定部10は、誤差推定部の例である。
The two-baseline error estimation unit 10 estimates an error included in altitude information from two altitude information obtained under the conditions of two baselines having the same inclination from the horizontal plane and different lengths.
That is, the 2-baseline error estimation unit 10 estimates the error included in the altitude information using the two altitude information generated by the interferometry processing unit 8 and the positional relationship between the three antennas.
Specifically, the error estimation unit 10 using two baselines uses two baseline distances having different lengths, which are the distances between the three antennas, and uses the incident angle ( Estimate the error of off-nadir angle.
The error in the incidence angle (off-nadir angle) of the high-frequency pulse signal to the observation area is the actual incidence angle (off-nadir angle) in the observation area of the high-frequency pulse signal transmitted from the antenna A and the self-measured by GPS. This means the difference from the incident angle (off-nadir angle) of the calculated high-frequency pulse signal calculated using the machine altitude.
The 2-baseline error estimation unit 10 is an example of an error estimation unit.

インタフェロメトリ再処理部11は、補正した観測領域への入射角を用いて、再度インタフェロメトリ処理を行う。
この処理を行うことにより、誤差が抑圧された観測領域の高度情報12を得ることが出来る。
つまり、インタフェロメトリ再処理部11は、2ベースラインによる誤差推定部10により推定された誤差(入射角の誤差)を用いて、観測領域の誤差補正後の高度を示す高度情報を生成する。
インタフェロメトリ再処理部11は、第二の高度情報生成部の例である。
The interferometry reprocessing unit 11 performs the interferometry processing again using the corrected incident angle to the observation region.
By performing this processing, it is possible to obtain the altitude information 12 of the observation region in which the error is suppressed.
That is, the interferometry reprocessing unit 11 generates altitude information indicating the altitude after error correction of the observation region, using the error (incident angle error) estimated by the error estimation unit 10 based on two baselines.
The interferometry reprocessing unit 11 is an example of a second altitude information generation unit.

なお、本装置において、少なくとも2ベースラインによる誤差推定部10、インタフェロメトリ再処理部11は、従来の構成に含まれておらず、本装置において新たに加わった部分である。   In the present apparatus, at least two baseline error estimation unit 10 and interferometry reprocessing unit 11 are not included in the conventional configuration, and are newly added parts in the present apparatus.

加えて、本装置では、観測条件に制限があり、観測領域への入射角(オフナディア角)とベースラインの傾きの差が10度以下であることが望ましい。
干渉型合成開口レーダは、観測領域への入射角(オフナディア角)とベースラインの傾きが等しい場合に最も性能が高いため、上記の条件はよく用いられる。
本装置においても、観測領域への入射角(オフナディア角)とベースラインの傾きの差が少ないことが望まれ、例えば、両者の差が0〜5度程度であることがより望ましい。
In addition, in this apparatus, the observation conditions are limited, and it is desirable that the difference between the incident angle (off-nadir angle) to the observation region and the baseline inclination is 10 degrees or less.
The above conditions are often used for interferometric synthetic aperture radar because its performance is highest when the incident angle (off-nadir angle) to the observation region is equal to the slope of the baseline.
Also in this apparatus, it is desirable that the difference between the incident angle (off-nadir angle) to the observation region and the inclination of the baseline is small. For example, it is more desirable that the difference between the two is about 0 to 5 degrees.

次に、本装置の構成により、観測領域の高度情報の誤差が抑圧できる原理について説明する。   Next, the principle by which the error of altitude information in the observation area can be suppressed by the configuration of this apparatus will be described.

まず、図5に示す観測の幾何条件を考える。
レーダにおいては、信号の位相情報は、アンテナと観測領域の距離(スラントレンジ)に比例する。
このため、アンテナS1、S2で同じ地点を観測した信号の位相差φを求めると、幾何関係により次式を得る。
First, consider the geometric conditions of observation shown in FIG.
In the radar, the phase information of the signal is proportional to the distance (slant range) between the antenna and the observation area.
Therefore, when the phase difference φ of the signals observed at the same point with the antennas S1 and S2 is obtained, the following equation is obtained from the geometric relationship.

Figure 0004902868
Figure 0004902868

ここで、λはレーダの波長、Bはベースラインの長さ、θは入射角、αはベースラインの傾き、hは観測領域の高度、Hは自機高度、rはスラントレンジを表す。   Here, λ is the radar wavelength, B is the length of the baseline, θ is the incident angle, α is the slope of the baseline, h is the altitude of the observation region, H is the altitude of the aircraft, and r is the slant range.

これらの式1、式2について、θを媒介変数として微分することにより、高度変化に対する位相変化として次式を得る。   With respect to these equations 1 and 2, the following equation is obtained as a phase change with respect to an altitude change by differentiating θ as a parameter.

Figure 0004902868
Figure 0004902868

これをφについて積分することにより、次式を得る。   By integrating this with respect to φ, the following equation is obtained.

Figure 0004902868
Figure 0004902868

従来のインタフェロメトリ処理では、この式を用いて、位相情報を観測領域の高度情報に変換する。   In the conventional interferometry processing, the phase information is converted into altitude information in the observation region using this equation.

ここで、θについて考える。θは、図5に示すように、自機高度Hとスラントレンジrから次式によって求める。   Here, θ is considered. As shown in FIG. 5, θ is obtained from the aircraft altitude H and the slant range r by the following equation.

Figure 0004902868
Figure 0004902868

このため、自機高度Hに誤差があるとθに誤差を生じる。θに誤差があると、式4より観測領域の高度情報hに誤差を生じる(図5(c)参照))。
ここで、θの誤差をdθとし、誤差の生じた観測領域の高度情報をh’とすると、次式となる。
For this reason, if there is an error in its own altitude H, an error occurs in θ. If there is an error in θ, an error occurs in the altitude information h in the observation region from Equation 4 (see FIG. 5C)).
Here, when the error of θ is dθ and the altitude information of the observation region where the error occurs is h ′, the following equation is obtained.

Figure 0004902868
Figure 0004902868

なお、レーダでは、スラントレンジが少なくとも数km以上であり、GPSアンテナによるHの誤差は数m〜数十m程度であるため、dθ<<1である。このため、dθ<<1の条件で式6を近似して、次式を得る。   In the radar, since the slant range is at least several kilometers and the error of H by the GPS antenna is about several meters to several tens of meters, dθ << 1. Therefore, Equation 6 is approximated under the condition of dθ << 1, and the following equation is obtained.

Figure 0004902868
Figure 0004902868

さらに、上記した観測条件の制限である|θ−α|<<1より、式7を近似して次式を得る。 Further, the following equation is obtained by approximating Equation 7 from | θ−α | << 1, which is the limitation of the observation condition described above.

Figure 0004902868
Figure 0004902868

これに対し、2つのベースラインの長さをB、Bとし、そのときの観測領域の高度情報をh’、h’とする。この差dh’を求めると次式となる。 In contrast, the lengths of the two baselines are B 1 and B 2, and the height information of the observation region at that time is h 1 ′ and h 2 ′. When this difference dh ′ is obtained, the following equation is obtained.

Figure 0004902868
Figure 0004902868

これより、dh’がdθに比例することが分かるため、dh’よりdθを求めることが可能である。このため、求めたdθを用いて、再度インタフェロメトリ処理を行うことにより、誤差の抑圧された観測領域の高度情報を得ることが出来る。 From this, it can be seen that dh ′ is proportional to dθ, and therefore it is possible to obtain dθ from dh ′. Therefore, by performing the interferometry process again using the obtained dθ, it is possible to obtain altitude information of the observation region in which the error is suppressed.

なお、式9を用いて、dh’よりdθを求める際に、式9右辺の括弧内のθは、式においては誤差の抑圧されたθであるが、実際に既知である値は誤差のあるθである。このため、dh’の算出の際に、誤差が残る。
この誤差は微小項であるため近似的に無視することが可能であるが、インタフェロメトリ処理部8〜インタフェロメトリ再処理部11の処理を繰り返し実施する収束演算を行うことにより、より誤差を抑圧することも可能である。
When dθ is obtained from dh ′ using Equation 9, θ in the parentheses on the right side of Equation 9 is θ in which an error is suppressed in the equation, but an actually known value has an error. θ. For this reason, an error remains in calculating dh ′.
Since this error is a minute term, it can be ignored in an approximate manner. However, by performing a convergence operation in which the processes of the interferometry processing unit 8 to the interferometry reprocessing unit 11 are repeatedly performed, the error can be further reduced. It is also possible to suppress it.

以下、上記の観測の幾何条件を踏まえて、本実施の形態に係る干渉型合成開口レーダ装置100の動作例を説明するが、説明の前提として、先ず、上記の式1〜9に用いられた係数について説明する。
λ(レーダの波長)は、干渉型合成開口レーダ装置100の記憶装置(不図示)に予め記憶されている情報である。
B(ベースライン距離)は、干渉型合成開口レーダ装置100の記憶装置に予め記憶されている情報である。
θ(入射角(オフナディア角))は、インタフェロメトリ処理部8が、インタフェロメトリ処理の途中で式5により求める情報である。
α(ベースラインの傾き)は、干渉型合成開口レーダ装置100の記憶装置に予め記憶されている情報である。
h(観測領域の高度)は、インタフェロメトリ処理部8が、合成開口レーダ画像7からインタフェロメトリ処理で求める情報である。
H(自機高度)は、動揺センサ4により計測する情報である。
r(スラントレンジ)は、干渉型合成開口レーダ装置100の記憶装置に予め記憶されている情報である。
Hereinafter, an example of the operation of the interferometric synthetic aperture radar apparatus 100 according to the present embodiment will be described based on the above-described observational geometric conditions. First, the above equations 1 to 9 were used as the premise of the description. The coefficient will be described.
λ (radar wavelength) is information stored in advance in a storage device (not shown) of the interference type synthetic aperture radar device 100.
B (baseline distance) is information stored in advance in the storage device of the interferometric synthetic aperture radar apparatus 100.
θ (incidence angle (off-nadir angle)) is information obtained by the interferometry processing unit 8 using Equation 5 during the interferometry processing.
α (baseline inclination) is information stored in advance in the storage device of the interferometric synthetic aperture radar apparatus 100.
h (the altitude of the observation region) is information that the interferometry processing unit 8 obtains from the synthetic aperture radar image 7 by interferometry processing.
H (own device altitude) is information measured by the motion sensor 4.
r (slant range) is information stored in advance in the storage device of the interferometric synthetic aperture radar apparatus 100.

次に、図6のフローチャートを用いて、本実施の形態に係る干渉型合成開口レーダ装置100の動作例を説明する。   Next, an operation example of the interference-type synthetic aperture radar apparatus 100 according to the present embodiment will be described using the flowchart of FIG.

先ず、信号送受信部5で生成された高周波パルス信号を、アンテナAが空間に放射する。空間に放射され、地表面で反射された反射信号をアンテナA〜Cが受信する。
また、アンテナA〜Cで受信された信号を信号送受信部2が増幅する。その際、動揺センサ4が、移動プラットフォームの運動及び位置情報を計測する(ステップS1)。
First, the antenna A radiates the high-frequency pulse signal generated by the signal transmission / reception unit 5 into space. The antennas A to C receive reflected signals that are radiated into space and reflected from the ground surface.
Further, the signal transmission / reception unit 2 amplifies signals received by the antennas A to C. At that time, the motion sensor 4 measures the movement and position information of the mobile platform (step S1).

画像再生処理部6は、信号送受信部5よりアンテナA〜Cで受信されたパルス信号を取得し、また、動揺センサ4で計測したプラットフォームの運動状況及び位置、高度の情報を取得し、これらパルス信号、プラットフォームの運動状況及び位置、高度の情報から、画像再生処理部6は画像再生処理を行い、2次元の高分解能画像である合成開口レーダ画像を再生する。
このとき、画像再生処理は、アンテナA〜Cのデータ各々に対して行い、3枚の合成開口レーダ画像7を得る(ステップS2)(画像生成ステップ)。
The image reproduction processing unit 6 acquires the pulse signals received by the antennas A to C from the signal transmission / reception unit 5, acquires the platform motion status and position, and altitude information measured by the motion sensor 4. From the signal, platform motion status and position, and altitude information, the image reproduction processing unit 6 performs image reproduction processing to reproduce a synthetic aperture radar image that is a two-dimensional high resolution image.
At this time, the image reproduction process is performed for each of the data of the antennas A to C, and three synthetic aperture radar images 7 are obtained (step S2) (image generation step).

次に、インタフェロメトリ処理部8により、インタフェロメトリ処理を行う。
インタフェロメトリ処理部8の処理のうち、S3〜S8は、既存の方法で実現されるものであり、例えば、特許文献1に示される方法で実現することができる。但し、特許文献1に記載の方法に限定されるわけではなく、他の方法であってもよい。
従来と異なる点は、3枚の合成開口レーダ画像7から2枚選ぶ組合せを2つつくり、この組合せ毎にインタフェロメトリ処理を行い、2つの観測領域の高度情報9を得ることである。従来は、2枚の合成開口レーダ画像に対して1回の処理を行い、観測領域の高度情報を1つ得るものであった。
位相高度変換ステップ(S7)においては、インタフェロメトリ処理部8は、上記の式4を用いて、ベースライン1についての高度情報h及びベースライン2についての高度情報hの2つの高度情報を算出する。
具体的には、式4の係数Bにベースライン1のベースライン距離を代入してベースライン1についての高度情報hを算出し、式4の係数Bにベースライン2のベースライン距離を代入してベースライン2についての高度情報hを算出する。
なお、式4に含まれる係数θは、式5を用いて、位相高度変換ステップ(S7)以前の段階で算出していてもよいし、位相高度変換ステップ(S7)中に算出してもよい。
なお、インタフェロメトリ処理部8が式4を用いて算出した高度情報h及びhは、GPSにより計測された精度の高くない自機高度Hの影響を受けており(式5参照)、高度情報h及びhには、実際には、式8に示すような誤差が含まれており、この誤差を除去する必要がある。
Next, the interferometry processing unit 8 performs interferometry processing.
Among the processes of the interferometry processing unit 8, S3 to S8 are realized by an existing method, and can be realized by, for example, the method disclosed in Patent Document 1. However, it is not necessarily limited to the method described in Patent Document 1, and other methods may be used.
The difference from the prior art is that two combinations for selecting two of the three synthetic aperture radar images 7 are picked up, and interferometry processing is performed for each combination to obtain altitude information 9 for two observation regions. In the past, two synthetic aperture radar images were processed once to obtain one altitude information of the observation area.
In the phase advanced conversion step (S7), interferometry processing unit 8, using Equation 4 above, two highly information altitude information h 2 about altitude information h 1 and baseline 2 for baseline 1 Is calculated.
Specifically, the altitude information h 1 for the baseline 1 is calculated by substituting the baseline distance of the baseline 1 into the coefficient B of the equation 4, and the baseline distance of the baseline 2 is substituted into the coefficient B of the equation 4. Then, altitude information h2 for the baseline 2 is calculated.
Note that the coefficient θ included in Equation 4 may be calculated using Equation 5 before the phase height conversion step (S7), or may be calculated during the phase height conversion step (S7). .
In addition, the altitude information h 1 and h 2 calculated by the interferometry processing unit 8 using Equation 4 is influenced by the own altitude H measured by the GPS, which is not highly accurate (see Equation 5). The altitude information h 1 and h 2 actually includes an error as shown in Equation 8, and it is necessary to remove this error.

そこで、2ベースラインによる誤差推定部10が、2つの観測領域の高度情報h及びhから、観測領域への入射角(オフナディア角)の誤差を求める。
上記したように、2つの観測領域の高度情報h及びhには式8に示すような誤差が含まれており、このため、高度情報h及びhは式9におけるh1’、h2’に相当する。また、観測領域への入射角の誤差が式9におけるdθに相当する。
このため、2ベースラインによる誤差推定部10は、式9により、h1’、h2’から、dθを求める(ステップS9)(誤差推定ステップ)。
Therefore, the error estimation unit 10 based on two baselines obtains an error of the incident angle (off nadir angle) to the observation region from the height information h 1 and h 2 of the two observation regions.
As described above, the altitude information h 1 and h 2 of the two observation regions includes an error as shown in Expression 8, and thus the altitude information h 1 and h 2 are represented by h1 ′ and h2 in Expression 9. Equivalent to '. Further, the error of the incident angle to the observation region corresponds to dθ in Equation 9.
Therefore, the 2-baseline error estimation unit 10 obtains dθ from h1 ′ and h2 ′ using Equation 9 (step S9) (error estimation step).

次に、インタフェロメトリ再処理部11が、2ベースラインによる誤差推定部10が求めたdθでθを補正し、インタフェロメトリ再処理部11により、再度インタフェロメトリ処理を行い、誤差抑圧後の観測領域の高度情報12を得る(ステップS10〜S15)。
具体的には、インタフェロメトリ再処理部11は、S14の位相高度変換ステップ(第二の高度情報生成ステップ)において、式4のθにdθを加えて、式4の計算を行う。
つまり、以下の式10に示す計算を行うことで、誤差が除去されたh(観測領域の高度)を得ることができる。
Next, the interferometry reprocessing unit 11 corrects θ with dθ obtained by the error estimation unit 10 based on two baselines, and the interferometry reprocessing unit 11 performs interferometry processing again, and after error suppression The altitude information 12 of the observation area is obtained (steps S10 to S15).
Specifically, the interferometry reprocessing unit 11 performs the calculation of Expression 4 by adding dθ to θ of Expression 4 in the phase height conversion step (second height information generation step) of S14.
That is, by performing the calculation shown in the following Expression 10, h (the height of the observation region) from which the error has been removed can be obtained.

Figure 0004902868
Figure 0004902868

なお、インタフェロメトリ再処理部11の処理のうちS10〜S15は、インタフェロメトリ処理部8のS3〜S8と同様であり、既存の技術で実現できるため、説明を省略する。
なお、図7に示すように、インタフェロメトリ再処理部11は、S10〜S13の処理を省略して、S14の位相高度変換ステップを直接行い、上記の式10の計算を行うようにしてもよい。
Of the processes of the interferometry reprocessing unit 11, S10 to S15 are the same as S3 to S8 of the interferometry processing unit 8 and can be realized by existing technology, and thus description thereof is omitted.
As shown in FIG. 7, the interferometry reprocessing unit 11 may omit the processes of S10 to S13, directly perform the phase height conversion step of S14, and perform the calculation of Equation 10 above. Good.

また、以上では、アンテナが3つであり、このため、合成開口レーダ画像が3つとなり、観測領域の高度情報が2つとなる例を説明したが、アンテナを4つ以上とすることも可能である。
例えば、アンテナを4つとした場合、合成開口レーダ画像が4つとなり、観測領域の高度情報が3つとなる。観測領域の高度情報をh’、h’、h’とした場合、dθ=h’−h’、dθ=h’−h’のように2つの誤差dθが導出される。この2つの誤差dθ及びdθの平均値を、式10に代入することにより、アンテナを4つとした場合にも、誤差が除去されたh(観測領域の高度)を得ることができる。
アンテナを5つ以上とした場合も、同様に、複数の誤差dθの平均値を用いて、誤差が除去されたh(観測領域の高度)を得ることができる。
In the above description, there are three antennas. For this reason, there are three synthetic aperture radar images and two height information in the observation area. However, four or more antennas may be used. is there.
For example, if there are four antennas, there will be four synthetic aperture radar images and three observation area altitude information. When the altitude information of the observation area is h 1 ′, h 2 ′, h 3 ′, two errors dθ are obtained as dθ 1 = h 1 ′ −h 2 ′ and dθ 2 = h 1 ′ −h 3 ′. Derived. The average of the two error d [theta] 1 and d [theta] 2, by substituting the equation 10, when four and the antenna can be obtained even h the error is eliminated (high observation area).
Similarly, when the number of antennas is five or more, h (the height of the observation region) from which errors are removed can be obtained using the average value of a plurality of errors dθ.

このように、本実施の形態によれば、航空機や人工衛星等の移動プラットフォームに搭載され、地表面の高分解能画像及び高度情報を得る干渉型合成開口レーダ装置において、自機高度の測定誤差による地表面の高度情報の誤差を推定して補償することが可能になる。
つまり、機体の機軸と直交する平面内で直線状に3つ以上のアンテナを配置し、干渉型合成開口レーダ画像の高度情報を2つ得て、この得られた高度情報の差分から誤差を推定して補償し、再度干渉型合成開口レーダの処理を行うことにより、地表面の高度誤差を抑圧することができる。そして、この結果、地形についての高精度な3次元情報を取得することができる。
As described above, according to the present embodiment, in the interference-type synthetic aperture radar device that is mounted on a mobile platform such as an aircraft or an artificial satellite and obtains a high-resolution image and altitude information of the ground surface, It is possible to estimate and compensate for errors in altitude information on the ground surface.
In other words, three or more antennas are arranged linearly in a plane perpendicular to the aircraft axis, and two pieces of altitude information of the interferometric synthetic aperture radar image are obtained, and an error is estimated from the difference in the obtained height information. Thus, the altitude error on the ground surface can be suppressed by performing the compensation type synthetic aperture radar processing again. As a result, highly accurate three-dimensional information about the terrain can be acquired.

以上、本実施の形態では、以下の構成を有する干渉型合成開口レーダ装置について説明した。
(a)航空機や衛星などの移動プラットフォームに搭載され、機体の機軸と直交する平面内に直線状に配置された3つ以上のアンテナ、
(b)移動プラットフォームの運動を計測する慣性センサ及び移動プラットフォームの位置、高度を計測するGPSアンテナより構成される動揺センサ、
(c)高周波パルス信号を生成して前記アンテナに送るとともに、前記アンテナで受信された信号を増幅する送受信手段を構成する信号送受信部、
(d)前記信号送受信部より受信した信号と、動揺センサで計測したプラットフォームの運動及び位置情報から、2次元の高分解能画像である合成開口レーダ画像を再生する画像再生処理部、
(e)2枚の合成開口レーダ画像から、観測領域の高度情報を生成するインタフェロメトリ処理部、
(f)水平面からの傾きが等しく、長さの異なる2つベースラインの条件で求めた2つの高度情報から、観測領域への入射角の誤差を求める2ベースラインによる誤差推定部、
(g)補正した観測領域への入射角を用いて、再度インタフェロメトリ処理を行うインタフェロメトリ再処理部、
(h)観測領域への入射角とベースラインの水平面からの傾きの差が数度以下である観測条件。
As described above, in the present embodiment, the interference type synthetic aperture radar apparatus having the following configuration has been described.
(A) Three or more antennas mounted on a mobile platform such as an aircraft or a satellite and arranged linearly in a plane perpendicular to the aircraft axis;
(B) a vibration sensor composed of an inertial sensor for measuring the movement of the mobile platform and a GPS antenna for measuring the position and altitude of the mobile platform;
(C) A signal transmission / reception unit constituting a transmission / reception means for amplifying a signal received by the antenna while generating a high-frequency pulse signal and sending it to the antenna;
(D) an image reproduction processing unit that reproduces a synthetic aperture radar image, which is a two-dimensional high-resolution image, from the signal received from the signal transmission / reception unit and the platform motion and position information measured by the motion sensor;
(E) an interferometry processing unit that generates altitude information of an observation area from two synthetic aperture radar images;
(F) a two-baseline error estimator that calculates an error in the incident angle to the observation region from two height information obtained under the conditions of two baselines having the same inclination from the horizontal plane and different lengths;
(G) an interferometry reprocessing unit for performing interferometry processing again using the corrected incident angle to the observation region;
(H) An observation condition in which the difference between the incident angle to the observation region and the inclination of the baseline from the horizontal plane is several degrees or less.

実施の形態2.
図3はこの発明の実施の形態2による高分解能レーダ装置である干渉型合成開口レーダ装置100の構成例を示す構成図であり、実施の形態1に対し、異なるベースラインの傾きによる誤差推定部13、及び、アンテナA〜Cの配置方法が異なる。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration example of an interference-type synthetic aperture radar apparatus 100 that is a high-resolution radar apparatus according to Embodiment 2 of the present invention. Compared to Embodiment 1, an error estimation unit based on a different baseline inclination is shown. 13 and the arrangement method of the antennas A to C are different.

アンテナA〜Cは、図4に示すように、アンテナA、B、Cによって構成されるベースラインの長さが等しく、それぞれのベースラインの水平面に対する傾きが異なるように配置する。   As shown in FIG. 4, the antennas A to C are arranged such that the base lines formed by the antennas A, B, and C have the same length, and the inclinations of the respective base lines with respect to the horizontal plane are different.

異なるベースラインの傾きによる誤差推定部13は、長さが等しく、水平面からの傾きが異なる2つベースラインの条件で求めた2つの高度情報から、観測領域への入射角の誤差を求める部分である。   The error estimation unit 13 based on different baseline inclinations is a part for obtaining an error in incident angle to the observation region from two altitude information obtained under the conditions of two baselines having the same length and different inclinations from the horizontal plane. is there.

異なるベースラインの傾きによる誤差推定部13が、2つの高度情報から、観測領域への入射角の誤差を求める式は、実施の形態1と同様に求めることができ、次式である。   The equation by which the error estimation unit 13 based on different baseline inclinations calculates the error of the incident angle to the observation region from the two altitude information can be obtained in the same manner as in the first embodiment, and is the following equation.

Figure 0004902868
Figure 0004902868

ここで、αは、ベースライン1(アンテナA、アンテナB間のベースライン)の水平面に対する傾きを示し、αは、ベースライン2(アンテナA、アンテナC間のベースライン)の水平面に対する傾きを示す。
式9との違いは、式9では、異なる長さのベースライン距離B、Bが含まれていたが、式11では、ベースラインごとの水平面に対する傾きα、αが含まれている点である。
Here, α 1 indicates the inclination of the baseline 1 (baseline between the antenna A and the antenna B) with respect to the horizontal plane, and α 2 indicates the inclination of the baseline 2 (baseline between the antenna A and the antenna C) with respect to the horizontal plane. Indicates.
The difference from Equation 9 is that, in Equation 9, baseline distances B 1 and B 2 of different lengths were included, but in Equation 11, inclinations α 1 and α 2 with respect to the horizontal plane for each baseline were included. It is a point.

本実施の形態では、図6又は図7のフローチャートにおいて、2ベースラインによる誤差推定ステップ(S9)の代わりに、異なるベースラインの傾きによる誤差推定ステップを行う。異なるベースラインの傾きによる誤差推定ステップ以外は、図6又は図7に示す処理と同じ処理を行う。
異なるベースラインの傾きによる誤差推定ステップでは、インタフェロメトリ処理において導出された2つの高度情報h及びhに対して、式9の代わりに式11を用いて、観測領域への入射角の誤差dθを求める。
そして、インタフェロメトリ再処理において、異なるベースラインの傾きによる誤差推定処理で得られた誤差dθを式10に代入して、誤差が抑制された高度情報が得られる。
In the present embodiment, in the flowchart of FIG. 6 or FIG. 7, an error estimation step based on the slopes of different baselines is performed instead of the error estimation step based on two baselines (S9). The same processing as the processing shown in FIG. 6 or FIG. 7 is performed except for the error estimation step due to different baseline inclinations.
In the error estimation step based on different baseline inclinations, the angle of incidence on the observation region is calculated using Expression 11 instead of Expression 9 for the two altitude information h 1 and h 2 derived in the interferometry process. An error dθ is obtained.
Then, in the interferometry reprocessing, the error dθ obtained by the error estimation processing based on the different slopes of the baselines is substituted into Equation 10 to obtain altitude information in which the error is suppressed.

以上、本実施の形態では、以下の構成を有する干渉型合成開口レーダ装置について説明した。
(a)航空機や衛星などの移動プラットフォームに搭載され、機体の機軸と直交する平面内に直線状に配置された3つ以上のアンテナ、
(b)移動プラットフォームの運動を計測する慣性センサ及び移動プラットフォームの位置、高度を計測するGPSアンテナより構成される動揺センサ、
(c)高周波パルス信号を生成して前記アンテナに送るとともに、前記アンテナで受信された信号を増幅する送受信手段を構成する信号送受信部、
(d)前記信号送受信部より受信した信号と、動揺センサで計測したプラットフォームの運動及び位置情報から、2次元の高分解能画像である合成開口レーダ画像を再生する画像再生処理部、
(e)2枚の合成開口レーダ画像から、観測領域の高度情報を生成するインタフェロメトリ処理部、
(f)長さが等しく、水平面からの傾きが異なる2つベースラインの条件で求めた2つの高度情報から、観測領域への入射角の誤差を求める異なるベースラインの傾きによる誤差推定部、
(g)補正した観測領域への入射角を用いて、再度インタフェロメトリ処理を行うインタフェロメトリ再処理部、
(h)観測領域への入射角とベースラインの水平面からの傾きの差が数度以下である観測条件。
As described above, in the present embodiment, the interference type synthetic aperture radar apparatus having the following configuration has been described.
(A) Three or more antennas mounted on a mobile platform such as an aircraft or a satellite and arranged linearly in a plane perpendicular to the aircraft axis;
(B) a vibration sensor composed of an inertial sensor for measuring the movement of the mobile platform and a GPS antenna for measuring the position and altitude of the mobile platform;
(C) A signal transmission / reception unit constituting a transmission / reception means for amplifying a signal received by the antenna while generating a high-frequency pulse signal and sending it to the antenna;
(D) an image reproduction processing unit that reproduces a synthetic aperture radar image, which is a two-dimensional high-resolution image, from the signal received from the signal transmission / reception unit and the platform motion and position information measured by the motion sensor;
(E) an interferometry processing unit that generates altitude information of an observation area from two synthetic aperture radar images;
(F) an error estimator based on different baseline inclinations for obtaining an error in incident angle to the observation region from two height information obtained under the conditions of two baselines having the same length and different inclinations from the horizontal plane;
(G) an interferometry reprocessing unit for performing interferometry processing again using the corrected incident angle to the observation region;
(H) An observation condition in which the difference between the incident angle to the observation region and the inclination of the baseline from the horizontal plane is several degrees or less.

最後に実施の形態1、2に示した情報処理装置200のハードウェア構成例について説明する。
情報処理装置200は、プログラムを実行するCPU(Central Processing Unit、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサともいう)を備えている。CPUは、バスを介して、例えば、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、磁気ディスク装置等と接続され、これらのハードウェアデバイスを制御する。
磁気ディスク装置には、例えば、オペレーティングシステム(OS)、プログラム群、ファイル群が記憶されている。プログラム群のプログラムは、CPU、オペレーティングシステムにより実行される。
Finally, a hardware configuration example of the information processing apparatus 200 shown in the first and second embodiments will be described.
The information processing apparatus 200 includes a CPU (Central Processing Unit, a central processing unit, a processing unit, a processing unit, a microprocessor, a microcomputer, and a processor) that executes a program. The CPU is connected to, for example, a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), a magnetic disk device, and the like via the bus, and controls these hardware devices.
For example, an operating system (OS), a program group, and a file group are stored in the magnetic disk device. The programs in the program group are executed by the CPU and operating system.

上記プログラム群には、実施の形態1、2の説明において「〜部」として説明している機能を実行するプログラムが記憶されている。プログラムは、CPUにより読み出され実行される。
ファイル群には、実施の形態1、2の説明において、「〜の判断」、「〜の計算」、「〜の比較」、「〜の測定」、「〜の推定」、「〜の変換」、「〜の作成」等として説明している処理の結果を示す情報やデータや信号値や変数値やパラメータが、「〜ファイル」や「〜データベース」の各項目として記憶されている。「〜ファイル」や「〜データベース」は、ディスクやメモリなどの記録媒体に記憶される。ディスクやメモリになどの記憶媒体に記憶された情報やデータや信号値や変数値やパラメータは、読み書き回路を介してCPUによりメインメモリやキャッシュメモリに読み出され、抽出・検索・参照・比較・演算・計算・処理・編集・出力などのCPUの動作に用いられる。抽出・検索・参照・比較・演算・計算・処理・編集・出力などのCPUの動作の間、情報やデータや信号値や変数値やパラメータは、メインメモリ、レジスタ、キャッシュメモリ、バッファメモリ等に一時的に記憶される。
また、実施の形態1、2で説明しているフローチャートの矢印の部分は主としてデータや信号の入出力を示し、データや信号値は、RAMのメモリ、磁気ディスク装置の磁気ディスク、その他の記録媒体に記録される。
In the program group, programs for executing the functions described as “˜units” in the description of the first and second embodiments are stored. The program is read and executed by the CPU.
In the description of the first and second embodiments, the file group includes “determination of”, “calculation of”, “comparison of”, “measurement of”, “estimation of”, and “conversion of”. , Information, data, signal values, variable values, and parameters indicating the results of the processing described as “to create” are stored as items of “to file” and “to database”. The “˜file” and “˜database” are stored in a recording medium such as a disk or a memory. Information, data, signal values, variable values, and parameters stored in a storage medium such as a disk or memory are read out to the main memory or cache memory by a CPU via a read / write circuit, and extracted, searched, referenced, compared, Used for CPU operations such as calculation, calculation, processing, editing, and output. Information, data, signal values, variable values, and parameters are stored in the main memory, registers, cache memory, buffer memory, etc. during CPU operations such as extraction, search, reference, comparison, calculation, calculation, processing, editing, and output. Temporarily stored.
The arrows in the flowcharts described in the first and second embodiments mainly indicate input / output of data and signals, and the data and signal values are RAM memory, magnetic disk of magnetic disk device, and other recording media. To be recorded.

また、実施の形態1、2の説明において「〜部」として説明しているものは、「〜回路」、「〜装置」、「〜機器」、であってもよく、また、「〜ステップ」、「〜手順」、「〜処理」であってもよい。すなわち、「〜部」として説明しているものは、ROMに記憶されたファームウェアで実現されていても構わない。或いは、ソフトウェアのみ、或いは、素子・デバイス・基板・配線などのハードウェアのみ、或いは、ソフトウェアとハードウェアとの組み合わせ、さらには、ファームウェアとの組み合わせで実施されても構わない。ファームウェアとソフトウェアは、プログラムとして、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、DVD等の記録媒体に記録可能である。プログラムはCPUにより読み出され、CPUにより実行される。すなわち、プログラムは、実施の形態1、2の「〜部」としてコンピュータを機能させるものである。あるいは、実施の形態1、2の「〜部」の手順や方法をコンピュータに実行させるものである。   In addition, what is described as “˜unit” in the description of the first and second embodiments may be “˜circuit”, “˜device”, “˜device”, and “˜step”. , “˜procedure”, and “˜processing”. That is, what is described as “˜unit” may be realized by firmware stored in the ROM. Alternatively, it may be implemented only by software, or only by hardware such as elements, devices, substrates, and wirings, by a combination of software and hardware, or by a combination of firmware. Firmware and software can be recorded as a program on a recording medium such as a magnetic disk, a flexible disk, an optical disk, a compact disk, a mini disk, or a DVD. The program is read by the CPU and executed by the CPU. That is, the program causes the computer to function as the “˜unit” in the first and second embodiments. Alternatively, the computer executes the procedure and method of “to unit” in the first and second embodiments.

この発明の実施の形態1による干渉型合成開口レーダ装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the interference type synthetic aperture radar apparatus by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1による干渉型合成開口レーダ装置のアンテナの配置例を示す図である。It is a figure which shows the example of arrangement | positioning of the antenna of the interference type synthetic aperture radar apparatus by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態2による干渉型合成開口レーダ装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the interference type synthetic aperture radar apparatus by Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態2による干渉型合成開口レーダ装置のアンテナの配置例を示す図である。It is a figure which shows the example of arrangement | positioning of the antenna of the interference type synthetic aperture radar apparatus by Embodiment 2 of this invention. この発明の解決する課題を説明するための観測の幾何条件を示す図である。It is a figure which shows the geometric condition of observation for demonstrating the subject which this invention solves. この発明の実施の形態1による干渉型合成開口レーダ装置の動作例を示すフローチャート図である。It is a flowchart figure which shows the operation example of the interference type synthetic aperture radar apparatus by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1による干渉型合成開口レーダ装置の動作例を示すフローチャート図である。It is a flowchart figure which shows the operation example of the interference type synthetic aperture radar apparatus by Embodiment 1 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 アンテナA、2 アンテナB、3 アンテナC、4 動揺センサ、5 信号送受信部、6 画像再生処理部、7 合成開口レーダ画像、8 インタフェロメトリ処理部、9 観測領域の高度情報、10 2ベースラインによる誤差推定部、11 インタフェロメトリ再処理部、12 誤差抑圧後の観測領域の高度情報、13 異なるベースラインの傾きによる誤差推定部、100 干渉型合成開口レーダ装置、200 情報処理装置。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Antenna A, 2 Antenna B, 3 Antenna C, 4 Motion sensor, 5 Signal transmission / reception part, 6 Image reproduction process part, 7 Synthetic aperture radar image, 8 Interferometry process part, 9 Altitude information of observation area, 10 2 base Error estimation unit by line, 11 Interferometry reprocessing unit, 12 Height information of observation area after error suppression, 13 Error estimation unit by different baseline inclination, 100 Interferometric synthetic aperture radar device, 200 Information processing device.

Claims (9)

飛行体に搭載される情報処理装置であって、
前記飛行体に配置されている3つのアンテナのうちのいずれかのアンテナから送信され、観測対象に反射して前記3つのアンテナで受信されたパルス信号を取得し、前記飛行体の運動状況、位置及び高度を計測するセンサから前記飛行体の運動状況、位置及び高度の情報を取得し、前記パルス信号と前記飛行体の運動状況、位置及び高度の情報とを用いて、3つの2次元画像を生成する画像生成部と、
前記画像生成部により生成された前記3つの2次元画像を用いて、誤差が含まれる前記観測対象の高度である観測対象高度を示す観測対象高度情報を2つ生成する第一の高度情報生成部と、
前記第一の高度情報生成部により生成された前記2つの観測対象高度情報と、前記3つのアンテナの位置関係とを用いて、アンテナから送信されたパルス信号の前記観測対象への実際の入射角と、前記センサから取得された前記飛行体の高度を用いて算出されるパルス信号の前記観測対象への計算上の入射角との差異を、前記観測対象へのパルス信号の入射角の誤差として推定する誤差推定部と、
前記誤差推定部により推定された誤差を用いて、前記観測対象の誤差補正後の高度を示す高度情報を生成する第二の高度情報生成部とを有し、
前記誤差推定部は、
前記2つの観測対象高度情報に示される2つの観測対象高度の間の差異と、前記3つのアンテナにおけるアンテナ間距離であるベースライン距離とを用いて、前記観測対象へのパルス信号の入射角の誤差を推定することを特徴とする情報処理装置。
An information processing device mounted on a flying object,
A pulse signal transmitted from one of the three antennas arranged on the flying object, reflected by the observation target and received by the three antennas is obtained, and the movement state and position of the flying object And information on the movement state, position and altitude of the flying object from a sensor for measuring altitude, and using the pulse signal and information on the movement state, position and altitude of the flying object, three two- dimensional images are obtained. An image generator to generate;
Using the three two-dimensional image generated by the image generating unit, the first altitude information generation for two generate an observation target altitude information indicating an altitude observation target altitude of the observed object that contains errors And
Using the two observation target altitude information generated by the first altitude information generation unit and the positional relationship between the three antennas , the actual incident angle of the pulse signal transmitted from the antenna to the observation target And the difference between the calculated incident angle of the pulse signal calculated using the altitude of the flying object acquired from the sensor and the incident angle of the pulse signal to the observed object as an error. An error estimator to estimate;
Using the error estimated by the error estimator, it possesses a second altitude information generating unit for generating altitude information indicating altitude after error correction of the observed object,
The error estimator is
Using the difference between the two observation target altitudes indicated in the two observation target altitude information and the baseline distance that is the distance between the antennas of the three antennas, the incident angle of the pulse signal to the observation target is determined. An information processing apparatus characterized by estimating an error .
前記画像生成部は、
前記飛行体に直線状に配置されている3つのアンテナで受信されたパルス信号を取得し、
前記誤差推定部は、
前記2つの観測対象高度の間の差異と、前記3つのアンテナにおける相互に長さの異なる2つのベースライン距離とを用いて、前記観測対象へのパルス信号の入射角の誤差を推定することを特徴とする請求項に記載の情報処理装置。
The image generation unit
Obtaining pulse signals received by three antennas arranged linearly on the aircraft,
The error estimator is
Using the difference between the two observation object altitudes and the two baseline distances of the three antennas having different lengths to estimate the error in the incident angle of the pulse signal to the observation object ; The information processing apparatus according to claim 1 .
前記誤差推定部は、The error estimator is
次式により、前記観測対象へのパルス信号の入射角の誤差を推定することを特徴とする請求項2に記載の情報処理装置。The information processing apparatus according to claim 2, wherein an error of an incident angle of the pulse signal to the observation target is estimated by the following equation.
Figure 0004902868
Figure 0004902868
但し、dh’は2つの観測対象高度の差異であり、hWhere dh 'is the difference between the two observation altitudes, h 1 ’及びh'And h 2 ’は2つの観測対象高度であり、dθは観測対象へのパルス信号の入射角の誤差であり、B′ Is the two observation object altitudes, dθ is the error of the incident angle of the pulse signal to the observation object, and B 1 及びBAnd B 2 は2つのベースライン距離であり、θは観測対象へのパルス信号の計算上の入射角であり、λはパルス信号の波長であり、rは観測対象へのストランレンジであり、αはベースラインの水平面に対する傾きであり、πは円周率であり、φは2つのアンテナで同じ地点を観測した信号の位相差である。Is the two baseline distances, θ is the calculated incident angle of the pulse signal to the observation object, λ is the wavelength of the pulse signal, r is the strange range to the observation object, α is the baseline Is the inclination relative to the horizontal plane, π is the pi, and φ is the phase difference of signals observed at the same point with two antennas.
前記情報処理装置は、
前記3つのアンテナを結ぶベースラインの水平面に対する傾きとオフナディア角との差が10度以下である飛行体に搭載されることを特徴とする請求項2又は3に記載の情報処理装置。
The information processing apparatus includes:
4. The information processing apparatus according to claim 2 , wherein the information processing apparatus is mounted on a flying body in which a difference between an inclination of a baseline connecting the three antennas with respect to a horizontal plane and an off-nadir angle is 10 degrees or less.
前記画像生成部は、
前記飛行体に、アンテナ間を結ぶベースラインの水平面に対する傾きがベースライン毎に相違するとともにベースライン距離が相互に等しくなるように配置されている3つのアンテナで受信されたパルス信号を取得し、
前記誤差推定部は、
前記2つの観測対象高度の間の差異と、前記ベースライン距離と、各々のベースラインの水平面に対する傾きとを用いて、前記観測対象へのパルス信号の入射角の誤差を推定することを特徴とする請求項1に記載の情報処理装置。
The image generation unit
Acquire pulse signals received by three antennas arranged so that the baselines connecting the antennas with respect to the horizontal plane have different inclinations for each baseline and the baseline distances are equal to each other,
The error estimator is
Using the difference between the two observation object altitudes, the baseline distance, and the inclination of each baseline with respect to the horizontal plane to estimate the error of the incident angle of the pulse signal to the observation object, The information processing apparatus according to claim 1.
前記誤差推定部は、The error estimator is
次式により、前記観測対象へのパルス信号の入射角の誤差を推定することを特徴とする請求項5に記載の情報処理装置。6. The information processing apparatus according to claim 5, wherein an error in an incident angle of the pulse signal to the observation target is estimated by the following equation.
Figure 0004902868
Figure 0004902868
但し、dh’は2つの観測対象高度の差異であり、hWhere dh 'is the difference between the two observation altitudes, h 1 ’及びh'And h 2 ’は2つの観測対象高度であり、dθは観測対象へのパルス信号の入射角の誤差であり、Bはベースライン距離であり、θは観測対象へのパルス信号の計算上の入射角であり、λはパルス信号の波長であり、rは観測対象へのストランレンジであり、α'Is the two observation object altitudes, dθ is the error of the incident angle of the pulse signal to the observation object, B is the baseline distance, and θ is the calculated incident angle of the pulse signal to the observation object , Λ is the wavelength of the pulse signal, r is the strange range to the observation object, α 1 及びαAnd α 2 は2つのベースラインの水平面に対する傾きであり、πは円周率であり、φは2つのアンテナで同じ地点を観測した信号の位相差である。Is the inclination of the two baselines with respect to the horizontal plane, π is the pi, and φ is the phase difference of the signals observed at the same point with the two antennas.
前記画像生成部は、
前記3つの2次元画像として、2次元の高分解能画像である合成開口レーダ画像を3つ生成し、
前記第一の高度情報生成部は、
前記画像生成部により生成された3つの合成開口レーダ画像を用いてインタフェロメトリ処理を行って、前記観測対象高度情報を2つ生成することを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の情報処理装置。
The image generation unit
Examples 3 two-dimensional images, three raw form a synthetic aperture radar image is a two-dimensional high-resolution image,
The first altitude information generation unit
Wherein performing interferometry process using three synthetic aperture radar image generated by the image generation unit, in any one of claims 1 to 6, characterized in that two generate the observation target altitude information The information processing apparatus described.
飛行体に搭載される情報処理装置であって、An information processing device mounted on a flying object,
前記飛行体に配置されている4つ以上のアンテナのうちのいずれかのアンテナから送信され、観測対象に反射して前記4つ以上のアンテナで受信されたパルス信号を取得し、前記飛行体の運動状況、位置及び高度を計測するセンサから前記飛行体の運動状況、位置及び高度の情報を取得し、前記パルス信号と前記飛行体の運動状況、位置及び高度の情報とを用いて、4つ以上の2次元画像を生成する画像生成部と、A pulse signal transmitted from any one of the four or more antennas arranged on the flying object, reflected by the observation target and received by the four or more antennas is acquired, Information on the movement status, position, and altitude of the flying object is acquired from a sensor that measures the movement status, position, and altitude. Using the pulse signal and information on the movement status, position, and altitude of the flying object, four information are obtained. An image generation unit for generating the above two-dimensional image;
前記画像生成部により生成された前記4つ以上の2次元画像を用いて、誤差が含まれる前記観測対象の高度である観測対象高度を示す観測対象高度情報を3つ以上生成する第一の高度情報生成部と、A first altitude that generates three or more observation target altitude information indicating an observation target altitude that is an altitude of the observation target including an error, using the four or more two-dimensional images generated by the image generation unit. An information generator,
前記第一の高度情報生成部により生成された前記3つ以上の観測対象高度情報と、前記4つ以上のアンテナの位置関係とを用いて、アンテナから送信されたパルス信号の前記観測対象への実際の入射角と、前記センサから取得された前記飛行体の高度を用いて算出されるパルス信号の前記観測対象への計算上の入射角との差異を、前記観測対象へのパルス信号の入射角の誤差として推定する誤差推定部と、Using the three or more observation target altitude information generated by the first altitude information generation unit and the positional relationship of the four or more antennas, a pulse signal transmitted from an antenna is transmitted to the observation target. The difference between the actual incident angle and the calculated incident angle of the pulse signal calculated by using the altitude of the flying object acquired from the sensor to the observation target is the incidence of the pulse signal on the observation target. An error estimator for estimating the angle error;
前記誤差推定部により推定された誤差を用いて、前記観測対象の誤差補正後の高度を示す高度情報を生成する第二の高度情報生成部とを有し、A second altitude information generating unit that generates altitude information indicating the altitude after error correction of the observation target, using the error estimated by the error estimating unit;
前記誤差推定部は、The error estimator is
前記3つ以上の観測対象高度情報のうちの2つの観測対象高度情報に示される2つの観測対象高度の間の差異と、当該2つの観測対象高度情報の生成の元になったパルス信号を受信した3つのアンテナにおけるアンテナ間距離であるベースライン距離とを用いて、前記観測対象へのパルス信号の入射角の誤差を推定することを特徴とする情報処理装置。The difference between the two observation target altitudes indicated in the two observation target altitude information of the three or more observation target altitude information and the pulse signal that is the basis for generating the two observation target altitude information are received. An information processing apparatus that estimates an error of an incident angle of a pulse signal to the observation target using a baseline distance that is an inter-antenna distance among the three antennas.
飛行体に搭載されるコンピュータに、
前記飛行体に配置されている3つのアンテナのうちのいずれかのアンテナから送信され、観測対象に反射して前記3つのアンテナで受信されたパルス信号を取得し、前記飛行体の運動状況、位置及び高度を計測するセンサから前記飛行体の運動状況、位置及び高度の情報を取得し、前記パルス信号と前記飛行体の運動状況、位置及び高度の情報とを用いて、3つの2次元画像を生成する画像生成処理と、
前記画像生成処理により生成された前記3つの2次元画像を用いて、誤差が含まれる前記観測対象の高度である観測対象高度を示す観測対象高度情報を2つ生成する第一の高度情報生成処理と、
前記第一の高度情報生成処理により生成された前記2つの観測対象高度情報と、前記3つのアンテナの位置関係とを用いて、アンテナから送信されたパルス信号の前記観測対象への実際の入射角と、前記センサから取得された前記飛行体の高度を用いて算出されるパルス信号の前記観測対象への計算上の入射角との差異を、前記観測対象へのパルス信号の入射角の誤差として推定する誤差推定処理と、
前記誤差推定処理により推定された誤差を用いて、前記観測対象の誤差補正後の高度を示す高度情報を生成する第二の高度情報生成処理とを実行させ、
前記誤差推定処理において、
前記コンピュータに、
前記2つの観測対象高度情報に示される2つの観測対象高度の間の差異と、前記3つのアンテナにおけるアンテナ間距離であるベースライン距離とを用いて、前記観測対象へのパルス信号の入射角の誤差を推定させることを特徴とするプログラム。
On the computer mounted on the aircraft,
A pulse signal transmitted from one of the three antennas arranged on the flying object, reflected by the observation target and received by the three antennas is obtained, and the movement state and position of the flying object And information on the movement state, position and altitude of the flying object from a sensor for measuring altitude, and using the pulse signal and information on the movement state, position and altitude of the flying object, three two- dimensional images are obtained. Image generation processing to generate,
Using the three two-dimensional image generated by the image generation processing, first altitude information generation for two generate an observation target altitude information indicating an altitude observation target altitude of the observed object that contains errors Processing,
Using the two observation target altitude information generated by the first altitude information generation process and the positional relationship between the three antennas , an actual incident angle of the pulse signal transmitted from the antenna to the observation target And the difference between the calculated incident angle of the pulse signal calculated using the altitude of the flying object acquired from the sensor and the incident angle of the pulse signal to the observed object as an error. An error estimation process to be estimated;
Using the error estimated by the error estimation process, a second altitude information generation process for generating altitude information indicating the altitude after error correction of the observation target is executed,
In the error estimation process,
In the computer,
Using the difference between the two observation target altitudes indicated in the two observation target altitude information and the baseline distance that is the distance between the antennas of the three antennas, the incident angle of the pulse signal to the observation target is determined. A program characterized by estimating an error .
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