JP5298730B2 - 干渉合成開口レーダシステム、処理方法、指向角度補正装置、指向角度補正方法及びプログラム - Google Patents
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飛行体に搭載される観測装置は様々なものがあるが、その中でも広い用途に用いられるものとして、合成開口レーダ(SAR:Synthetic Aperture Rader)がある(例えば、特許文献1参照)。
図8は、回帰軌道の進行角度に差が有る場合の例を示す図である。
図8(a)は、合成開口レーダ衛星による1回目の観測における軌道と2回目の観測における軌道との間に軌道交差角がある場合を示す。軌道交差角が生じると、合成開口レーダ衛星が放射する電波の指向角度に軌道交差角と同じ角度のずれが生じる。
図8(b)は、図8(a)に示した1回目の観測と2回目の観測におけるドップラー帯域のずれを示す。1回目の観測と2回目の観測におけるドップラー帯域にずれが生じ、生じたずれの分だけ相関度が低下してしまう。
図1は、本発明の一実施形態による干渉合成開口レーダシステムの構成を示す概略ブロック図である。
干渉合成開口レーダシステムは、合成開口レーダ衛星100(飛行体)と、解析装置200とを備える。合成開口レーダ衛星100は、回帰軌道を周回している。
制御情報受信部102は、対陸上アンテナ101を介して解析装置200から観測の制御に関する制御情報を受信する。
制御部103は、制御情報受信部102が受信した制御情報に基づいて電波送受信部105の制御や指向性アンテナ104の指向性の角度の制御を行う。
指向性アンテナ104は、電気的に指向性の角度を制御することができる。指向性アンテナ104には、例えばフェーズドアレイアンテナ等を用いる。
電波送受信部105は、制御部103の制御に基づいて指向性アンテナ104を介して観測対象物に対して電波を放射し、反射した電波を受信する。
観測データ生成部106は、電波送受信部105が受信した電波から観測データを生成する。
観測データ送信部107は、対陸上アンテナ101を介して解析装置200に観測データを送信する。
軌道予測部202は、合成開口レーダ100が観測を行う前に、合成開口レーダ100が観測を行う予測軌道を算出する。
軌道決定部203は、合成開口レーダ100が観測を行った後に、合成開口レーダ100が観測を行った軌道を決定する。
軌道交差角算出部204は、軌道決定部203が決定した1回目の観測における軌道と、軌道予測部202が算出した2回目の観測における予測軌道とが成す軌道交差角を算出する。
制御情報生成部205は、軌道予測部202が算出した予測軌道に基づいて合成開口レーダ衛星100の制御情報を生成する。
制御情報送信部206は、対衛星アンテナ201を介して合成開口レーダ衛星100に制御情報を送信する。
観測データ受信部207は、対衛星アンテナ201を介して合成開口レーダ衛星100から観測データを受信し、観測データ記憶部208に登録する。
干渉処理部209は、軌道決定部が決定した1回目の観測における軌道及び2回目の観測における軌道と、観測データ記憶部208が記憶する1回目の観測における観測データ及び2回目の観測における観測データとに基づいて干渉合成開口レーダ処理を行う。
これにより、干渉合成開口レーダシステムは2回の観測間における合成開口レーダの軌道が平行でない場合における観測データ間の相関度を改善する処理を行う。
まず、1回目の観測を行う際の干渉合成開口レーダシステムの動作を説明する。
図2は、1回目の観測を行う際の干渉合成開口レーダシステムの動作を示すシーケンス図である。
まず、1回目の観測を行う前に、解析装置200の軌道予測部202は、予め得られている合成開口レーダ衛星100の現時点までの軌道に基づいて、合成開口レーダ衛星100の将来の軌道の計算を行い、1回目の観測における合成開口レーダ衛星100の予測軌道を算出する(ステップS101)。1回目の観測の予測軌道を算出すると、制御情報生成部205は、観測対象物の位置と、現在の合成開口レーダ衛星の位置と、予測した軌道とに基づいて、1回目の観測の制御情報を生成する(ステップS102)。制御情報には、観測開始時刻、観測時間等が含まれる。制御情報を生成すると、制御情報送信部206は、対衛星アンテナ201を介して合成開口レーダ衛星100に制御情報を送信する(ステップS103)。
以上が1回目の観測を行う際の干渉合成開口レーダシステムの動作である。
図3は、2回目の観測を行う際の干渉合成開口レーダシステムの動作を示すシーケンス図である。
1回目の観測が終了すると、解析装置200の軌道予測部202は、予め得られている合成開口レーダ衛星100の現時点までの軌道に基づいて、合成開口レーダ衛星100の将来の軌道の計算を行い、2回目の観測における合成開口レーダ衛星100の予測軌道を算出する(ステップS201)。2回目の観測の予測軌道を算出すると、軌道交差角算出部204は、上述したステップS109で決定した1回目の観測における合成開口レーダ衛星100の軌道のベクトルと、ステップS201で予測した2回目の観測における合成開口レーダ衛星100の軌道のベクトルとが成す軌道交差角を算出する(ステップS202)。軌道交差角を算出すると、制御情報生成部205は、算出した軌道交差角と、観測対象物の位置と、現在の合成開口レーダ衛星の位置と、予測した軌道とに基づいて、2回目の観測の制御情報を生成する(ステップS203)。制御情報には、指向性アンテナ104の指向性の制御情報、観測開始時刻、観測時間等が含まれる。このとき、2回目の観測が1回目の観測を実施した位置に対して予め近距離であると定められた範囲内の位置からの観測となるように観測開始時刻と観測時間を設定する。
2回目の観測の制御情報に含まれる指向性アンテナ104の指向性の制御情報は、指向性アンテナ104の指向性を、合成開口レーダ衛星100の進行方向に対して、1回目の観測における軌道のベクトルが2回目の観測における軌道のベクトルに回転した方向の反対方向に、軌道交差角と同じ角度だけ傾けることを示す。すなわち、図4で示すような指向性となるように指向性アンテナ104の制御を行うことを示す。
制御情報を生成すると、制御情報送信部206は、対衛星アンテナ201を介して合成開口レーダ衛星100に制御情報を送信する(ステップS204)。
以上が2回目の観測を行う際の干渉合成開口レーダシステムの動作である。
次に、干渉処理部209は、決定した1回目の観測における軌道と決定した2回目の観測における軌道とに基づいて、1回目の観測と2回目の観測の合成開口レーダ衛星100の軌道間距離を算出する。軌道間距離は、例えば1回目の観測における軌道の中心座標と1回目の観測における軌道の中心座標との距離を計算することで算出する。
1回目及び2回目の観測による合成開口レーダ画像を生成し、軌道間距離を算出すると、干渉処理部209は、1回目及び2回目の観測による合成開口レーダ画像の干渉を行い、干渉画像から軌道間距離による誤差を除去することで、干渉合成開口レーダ処理を行う。
まず、合成開口レーダ衛星100の1回目の観測によるドップラー周波数Bdpは、式(1)のように示される。
一方、1回目と2回目の観測のドップラー帯域の差は、指向性の制御を行わない場合に式(2)のように示され、指向性の制御を行う場合に式(3)のように示される。
したがって、2回の観測における観測データ間の相関度は、それぞれ式(4)及び式(5)で示される。
例えば、本実施形態では、合成開口レーダ衛星100が回帰軌道を周回する場合を説明したが、これに限られず、合成開口レーダ衛星100は準回帰軌道を周回しても良い。
図5は、制御部が指向性アンテナを物理的に駆動させる合成開口レーダ衛星の構成を示す概略ブロック図である。
合成開口レーダ衛星100は、さらに駆動機構108を備える。制御部103は、制御情報が示す指向性の制御情報に基づいて、駆動機構108に制御命令を送信する。制御命令を受信すると、駆動機構108は、指向性アンテナを物理的に駆動させ、指向性アンテナ104の指向性の角度を制御する。
図6は、合成開口レーダ衛星の姿勢を制御することで指向性の角度を制御する合成開口レーダ衛星の構成を示す概略ブロック図である。
合成開口レーダ衛星100は、さらに衛星姿勢制御部109を備える。制御部103は、制御情報が示す指向性の制御情報に基づいて、衛星姿勢制御部109に制御命令を送信する。制御命令を受信すると、衛星姿勢制御部109は、合成開口レーダ衛星100の姿勢を制御し、指向性アンテナ104から放射される電波の角度を制御する。
合成開口レーダ衛星100の軌道は通常、軌道傾斜角(衛星の軌道と観測対象天体の基準面とが成す角)を有するため、1つの軌道の中でもディセンディングパスとアセンディングパスでの観測では、観測対象物に対する進行方向の指向角度が異なる。従って、ディセンディングパスとアセンディングパスとが成す軌道交差角だけ補正を行うことで、指向角度を合わせ、干渉合成開口レーダを実現する。
図7は、ディセンディングパス観測とアセンディングパス観測を行う例を示す図である。
図7に示す例では、ディセンディングパスとアセンディングパスとが成す軌道交差角が90度を越えるため、2回目の観測において観測を行う方向が1回目の観測を行った方向の反対側となる。これにより、ディセンディングパスとアセンディングパスにおける観測の方向及び指向角度を一致させることができる。
このとき、観測を行う方向の切り替えと指向性の角度の制御は別の手段で行っても良い。例えば、観測を行う方向の切り替えは衛星の姿勢制御で実施し、指向性の角度の制御は制御部103が180度から軌道傾斜角を減じた角度だけ制御する。
また、図7は、1回目の観測がディセンディングパスで、2回目の観測がアセンディングパスの場合を示したが、これに限られず、1回目の観測がアセンディングパスで、2回目の観測がディセンディングパスとしても良い。また、図7では、1回目の観測において観測を行う方向が進行方向に対して左側とする場合を示したが、これに限られず、1回目の観測において観測を行う方向を進行方向に対して右側としても良い。
この場合、制御情報生成部205は、指向性アンテナ104の指向性を、合成開口レーダ衛星100の進行方向に対して、2回目の観測における軌道を基準としたときの、1回目の観測における軌道の回転方向の反対方向に、軌道交差角と同じ角度だけ傾けることを示す観測の制御情報を生成する。制御部103は、1回目の観測時に、当該制御情報に基づいて指向性アンテナ104の指向性を制御する。
また、合成開口レーダ衛星100と合成開口レーダを備える航空機との間の干渉合成開口レーダ観測を行っても良い。合成開口レーダ衛星100による観測の軌跡と航空機による観測の軌跡が成す角度に応じて、指向性アンテナ104の指向性を制御する。この場合、合成開口レーダ衛星100と航空機のどちらが指向性の制御を行っても良い。
Claims (9)
- 観測対象物の観測を行う飛行体と解析装置とを備える干渉合成開口レーダシステムであって、
前記飛行体は、
前記解析装置から前記飛行体の制御情報を受信する制御情報受信部と、
前記制御情報に基づいてアンテナの指向性の角度を制御する制御部と、
前記アンテナを介して前記観測対象物に対して電波を放射し、当該観測対象物で反射した電波を受信する電波送受信部と、
前記受信した電波から観測データを生成する観測データ生成部と、
前記解析装置に前記観測データを送信する観測データ送信部と、
を備え、
前記解析装置は、
前記飛行体による1回目の観測における軌道及び前記飛行体による2回目の観測における軌道を算出する軌道算出部と、
前記算出した1回目の観測における軌道のベクトルと前記算出した2回目の観測における軌道のベクトルとが成す軌道交差角を算出する軌道交差角算出部と、
前記算出した軌道交差角に基づいて、前記飛行体による1回目の観測における前記観測対象物に対する指向角度と一致する前記飛行体による2回目の観測における前記観測対象物に対する指向角度により、前記飛行体のアンテナの指向性を制御することを示す前記制御情報を生成する制御情報生成部と、
前記飛行体に前記制御情報を送信する制御情報送信部と、
前記飛行体から前記1回目の観測における観測データと前記2回目の観測における観測データを受信する観測データ受信部と、
前記算出した1回目の観測における軌道と、前記算出した2回目の観測における軌道と、前記受信した1回目の観測における観測データと前記受信した2回目の観測における観測データとに基づいて干渉合成開口レーダ処理を行う干渉処理部と、
を備えることを特徴とする干渉合成開口レーダシステム。 - 前記飛行体は、
回帰軌道または準回帰軌道を周回し、
前記1回目の観測後に前記1回目の観測を実施した位置に対して予め定められた範囲内の位置から前記2回目の観測を行い、
前記解析装置の制御情報生成部は、前記飛行体のアンテナの指向性を、前記飛行体の進行方向に対して、前記算出した1回目の観測における軌道のベクトルが前記算出した2回目の観測における軌道のベクトルに回転した方向の反対方向に、前記算出した軌道交差角と同じ角度だけ傾けることを示す制御情報を生成し、
前記解析装置の制御情報送信部は、前記2回目の観測に用いる前記制御情報を送信する、
ことを特徴とする請求項1に記載の干渉合成開口レーダシステム。 - 前記飛行体は、
回帰軌道または準回帰軌道を周回し、
前記1回目の観測後に前記1回目の観測を実施した位置に対して予め定められた範囲内の位置から前記2回目の観測を行い、
前記解析装置の制御情報生成部は、前記飛行体のアンテナの指向性を、前記飛行体の進行方向に対して、前記算出した2回目の観測における軌道のベクトルが前記算出した1回目の観測における軌道のベクトルに回転した方向の反対方向に、前記算出した軌道交差角と同じ角度だけ傾けることを示す制御情報を生成し、
前記解析装置の制御情報送信部は、前記1回目の観測に用いる前記制御情報を送信する、
ことを特徴とする請求項1に記載の干渉合成開口レーダシステム。 - 前記2回目の観測は、前記1回目の観測を実施した前記飛行体と異なる前記飛行体により前記1回目の観測を実施した位置に対して予め定められた範囲内の位置から実施され、
前記解析装置の制御情報生成部は、前記2回目の観測を実施する飛行体のアンテナの指向性を、前記2回目の観測を実施する飛行体の進行方向に対して、前記算出した1回目の観測における軌道のベクトルが前記算出した2回目の観測における軌道のベクトルに回転した方向の反対方向に、前記算出した軌道交差角と同じ角度だけ傾けることを示す制御情報を生成し、
前記解析装置の制御情報送信部は、前記2回目の観測を実施する飛行体に前記制御情報を送信する、
ことを特徴とする請求項1に記載の干渉合成開口レーダシステム。 - 前記2回目の観測は、前記1回目の観測を実施した前記飛行体と異なる前記飛行体により前記1回目の観測を実施した位置に対して予め定められた範囲内の位置から実施され、
前記解析装置の制御情報生成部は、前記1回目の観測を実施する飛行体のアンテナの指向性を、前記1回目の観測を実施する飛行体の進行方向に対して、前記算出した2回目の観測における軌道のベクトルが前記算出した1回目の観測における軌道のベクトルに回転した方向の反対方向に、前記算出した軌道交差角と同じ角度だけ傾けることを示す制御情報を生成し、
前記解析装置の制御情報送信部は、前記1回目の観測を実施する飛行体に前記制御情報を送信する、
ことを特徴とする請求項1に記載の干渉合成開口レーダシステム。 - 観測対象物の観測を行う飛行体と解析装置とを備える干渉合成開口レーダシステムを用いた処理方法であって、
前記飛行体の制御情報受信部は、前記解析装置から前記飛行体の制御情報を受信し、
前記飛行体の制御部は、前記制御情報に基づいてアンテナの指向性の角度を制御し、
前記飛行体の電波送受信部は、前記アンテナを介して前記観測対象物に対して電波を放射し、当該観測対象物で反射した電波を受信し、
前記飛行体の観測データ生成部は、前記受信した電波から観測データを生成し、
前記飛行体の観測データ送信部は、前記解析装置に前記観測データを送信し、
前記解析装置の軌道算出部は、前記飛行体による1回目の観測における軌道及び前記飛行体による2回目の観測における軌道を算出し、
前記解析装置の軌道交差角算出部は、前記算出した1回目の観測における軌道と、前記算出した2回目の観測における軌道とが成す軌道交差角を算出し、
前記解析装置の制御情報生成部は、前記算出した軌道交差角に基づいて、前記飛行体による1回目の観測における前記観測対象物に対する指向角度と一致する前記飛行体による2回目の観測における前記観測対象物に対する指向角度により、前記飛行体のアンテナの指向性を制御することを示す前記制御情報を生成し、
前記解析装置の制御情報送信部は、前記飛行体に前記制御情報を送信し、
前記解析装置の観測データ受信部は、前記飛行体から前記1回目の観測における観測データと前記2回目の観測における観測データを受信し、
前記解析装置の干渉処理部は、前記算出した1回目の観測における軌道と、前記算出した2回目の観測における軌道と、前記受信した1回目の観測における観測データと前記受信した2回目の観測における観測データとに基づいて干渉合成開口レーダ処理を行う、
ことを特徴とする処理方法。 - 合成開口レーダによって観測対象物の観測を行う飛行体のアンテナの指向性の制御を行う指向角度補正装置であって、
前記飛行体による1回目の観測における軌道及び前記飛行体による2回目の観測における軌道を算出する軌道算出部と、
前記算出した1回目の観測における軌道のベクトルと前記算出した2回目の観測における軌道のベクトルとが成す軌道交差角を算出する軌道交差角算出部と、
前記算出した軌道交差角に基づいて、前記飛行体による1回目の観測における前記観測対象物に対する指向角度と一致する前記飛行体による2回目の観測における前記観測対象物に対する指向角度により、前記飛行体のアンテナの指向性を制御することを示す制御情報を生成する制御情報生成部と、
前記飛行体に前記制御情報を送信する制御情報送信部と、
を備えることを特徴とする指向角度補正装置。 - 合成開口レーダによって観測対象物の観測を行う飛行体のアンテナの指向性の制御を行う指向角度補正方法であって、
前記飛行体による1回目の観測における軌道及び前記飛行体による2回目の観測における軌道を算出するステップと、
前記算出した1回目の観測における軌道と、前記算出した2回目の観測における軌道とが成す軌道交差角を算出するステップと、
前記算出した軌道交差角に基づいて、前記飛行体による1回目の観測における前記観測対象物に対する指向角度と一致する前記飛行体による2回目の観測における前記観測対象物に対する指向角度により、前記飛行体のアンテナの指向性を制御することを示す制御情報を生成するステップと、
前記飛行体に前記制御情報を送信するステップと、
を備えることを特徴とする指向角度補正方法。 - 合成開口レーダによって観測対象物の観測を行う飛行体のアンテナの指向性の制御を行う指向角度補正装置を、
前記飛行体による1回目の観測における軌道及び前記飛行体による2回目の観測における軌道を算出する軌道算出部、
前記算出した1回目の観測における軌道と、前記算出した2回目の観測における軌道とが成す軌道交差角を算出する軌道交差角算出部、
前記算出した軌道交差角に基づいて、前記飛行体による1回目の観測における前記観測対象物に対する指向角度と一致する前記飛行体による2回目の観測における前記観測対象物に対する指向角度により、前記飛行体のアンテナの指向性を制御することを示す制御情報を生成する制御情報生成部、
前記飛行体に前記制御情報を送信する制御情報送信部、
として機能させるためのプログラム。
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