JP6320577B2 - 合成開口レーダ信号処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、合成開口レーダにおける信号処理装置に関するものである。

合成開口レーダ（ＳＡＲ：Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ Ａｐｅｒｔｕｒｅ Ｒａｄａｒ）信号処理装置は、パルス波を送信し、散乱体からの反射信号を受信する。ＳＡＲ信号処理装置は、散乱体から反射信号を受信する時間のデータを用いて、ＳＡＲを搭載するプラットフォーム（例えば、人工衛星）から散乱体までの距離を知ることができ、電波送信方向であるレンジ方向に分解能をもつ。また、ＳＡＲのプラットフォームは移動しながら電波を送信・受信することで、仮想的に移動方向に大きな開口を持つアンテナとすることができ、プラットフォームの移動方向であるアジマス方向に分解能をもつ。ＳＡＲの受信信号から作成するＳＡＲ画像は、各画素でこの受信信号の位相と振幅のデータを持つ。

図２９は、従来技術におけるＳＡＲでの干渉位相の概念を示す概念図である。図２９に基づき合成開口レーダの干渉位相と高さの関係について説明する。プラットフォームは紙面表側から裏向きに移動しているものとする。すなわち、アジマス方向は紙面表側から裏向きである。また、図２９では、電波の照射方向の地表面成分方向（グランドレンジ方向）と高さ方向を示している。

図中のｋ１、ｋ２のプラットフォームの軌道の位置で、ＳＡＲ画像をそれぞれ撮像したとすると、２つのＳＡＲ画像の各画素の位相差として表される散乱体からの反射信号の受信位相の差と、プラットフォームの２つの軌道の位置ｋ１、ｋ２（ｋ２はｋ１とは異なる位置）それぞれから散乱体までの距離の差は比例関係にある。ただし、位相の値は２πでラッピングされた値である。ここで、この位相差からそれぞれの位置の軌道縞を引いた値（地形縞と呼ぶ）φｚと散乱体の高さｚの関係は、
φｚ＝Ｗ{（２・π・ｐ・Ｂ／λ・Ｒ・ｓｉｎθ）・ｚ｝ （１）
Ｗ｛｝：２πのラッピング
ｐ：観測方式を表す係数（シングルパスの場合ｐ＝１、リピートパスの場合ｐ＝２）。
λ：照射電波の波長。
θ：照射電波のオフナディア角。
Ｒ：軌道ｋ１、ｋ２の中点から画像中心までの距離。
Ｂ：軌道ｋ１、ｋ２の直交ベースラインの長さ。
であり、φｚとｚは比例する。ただし、位相の値は２πでラッピングされた値である。以降では、直交ベースラインを単にベースラインと呼ぶ。別の散乱体であっても同じ高さｚであれば、同じ地形縞の位相φｚの値をとるため、観測されたＳＡＲ画像の地形縞の位相の値からＳＡＲ画像中の散乱体の高さを推定する。さらに、ＳＡＲ画像の全ての散乱体の高さを推定することでＳＡＲ画像を３次元化する。

この地形縞φｚと散乱体の高さｚの比例関係は、ベースラインの長さ（以下、ベースライン長）Ｂによって異なる。ベースライン長Ｂが短いほど、高い高さの散乱体を高さごとに区別するとができるが、高さ分解能が悪い。ベースライン長Ｂが長いほど、高さ分解能は良いが、ラッピングにより異なる高さの散乱体の干渉位相が同じ値になり、同じ干渉位相の値に対応する散乱体高さｚが複数存在する（これを高さのアンビギュイティと呼ぶ）。

そこで、異なるベースラインの複数のＳＡＲ画像の干渉位相を用いたＭｕｌｔｉ Ｂａｓｅｌｉｎｅ ＩｎＳＡＲ（Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ ＳＡＲ）の方法では、初めにベースラインＢが短い組み合わせのＳＡＲ画像間の位相差からＳＡＲ画像上の散乱体のおおまかな高さを推定し、次に別のベースラインが長い組み合わせのＳＡＲ画像間の位相差から、高さの推定値の精度を向上させる処理を行っていた（例えば、非特許文献１）。また、異なるベースラインの複数のＳＡＲ画像を用いたトモグラフィＳＡＲのディジタルビームフォーミングの方法によって、高さ方向に仮想的なビームを形成し、分解能を持たせるという方法も提案されている（例えば、非特許論文２）。これらの従来の技術では、この散乱体の高さを推定できる最大の高さｚｍａｘは、
ｚｍａｘ＝（λ・Ｒ・ｓｉｎθ）／（ｐ・Ｂ） （２）
である。ここで、式（２）でのＢは異なるベースライン長の中で最短のベースライン長である。

Ｄｏｕｇｌａｓ Ｇ．Ｔｈｏｍｐｓｏｎ他 著, 「Ｍｕｌｔｉ−Ｂａｓｅｌｉｎｅ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ ＳＡＲ ｆｏｒ Ｉｔｅｒａｔｉｖｅ Ｈｉｇｈ Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ」、ＩＥＥＥ１９９９ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ１巻、1９９９年発行、ｐ．２５１−２５３． Ａ．Ｒｅｉｇｂｅｒ 他 著, 「Ｆｉｒｓｔ ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ａｉｒｂｏｒｎｅ ＳＡＲ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ ｕｓｉｎｇ ｍｕｌｔｉｂａｓｅｌｉｎｅ Ｌ−ｂａｎｄ ｄａｔａ」、 ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｇｅｏｓｃｉｅｎｃｅ Ｒｅｍｏｔｅ Ｓｅｎｓｉｎｇ ３８巻、２０００年９月発行、ｐ．２１４２−２１５２．

従来の合成開口レーダ信号処理装置では、ＳＡＲ画像上の散乱体の高さ方向を推定するにあたって、最短ベースライン長に対応する式（２）の高さｚｍａｘ以下の散乱体の高さまでしか高さを推定できない問題点があった。すなわち、ＳＡＲ画像上の散乱体の最大高さがｚｍａｘ以下であることが既知であれば、地形縞φｚの値に対し高さｚは一意に決まる。しかし、ＳＡＲ画像上の散乱体の最大高さが未知である場合、もしくは、ＳＡＲ画像上の散乱体最大高さがｚｍａｘ以上であることが既知である場合は、地形縞から散乱体を高さごとに区別することが困難となる問題があった。
本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、ＳＡＲ画像上の散乱体の高さ方向を推定するにあたって、最短ベースライン長に対応する式（２）の高さｚｍａｘ以上の高さを持つ散乱体の高さを推定し、その散乱体の画像を抽出することのできる合成開口レーダ信号処理装置を得ることを目的とする。

この発明に係る合成開口レーダ信号処理装置は、第１のベースライン長を有する２つのセンサそれぞれで生成される第１の２つの合成開口レーダ画像を用いて該第１の２つの合成開口レーダ画像上の同じ散乱体を表す２つの画素に含まれる信号の相対位相を複数の画素に対して表した第１の地形縞及び、第２のベースライン長を有する２つのセンサそれぞれで生成される第２の２つの合成開口レーダ画像を用いて該第２の２つの合成開口レーダ画像上の同じ散乱体を表す２つの画素に含まれる信号の相対位相を複数の画素に対して表した第２の地形縞を算出する干渉位相処理部と、特定の高さの散乱体に相当する前記第１の地形縞での位相を示す第１の特定位相及び前記特定の高さの散乱体に相当する前記第２の地形縞での位相を示す第２の特定位相を算出する位相算出部、前記干渉位相処理部で算出された前記第１の地形縞及び前記第２の地形縞の中から前記第１の地形縞で前記第１の特定位相となりかつ前記第２の地形縞で前記第２の特定位相となる前記特定の高さに相当する画素を抽出する画素抽出部、を含む抽出処理部と、を備えたことを特徴とする。

この発明の合成開口レーダ信号処理装置によれば、異なるベースラインのうち最短のベースライン長を有する２つのセンサで測定可能な高さよりも高い散乱体で指定の高さの画素を抽出可能となる。

実施の形態１に係るＳＡＲ画像の３次元画像生成部１０００の全体構成図。 実施の形態１に係る干渉位相処理部１０５０の機能を示す機能ブロック図。 実施の形態１に係る抽出処理部１０７０の機能を示す機能ブロック図。 実施の形態１に係る信号合成処理部１０９０の機能を示す機能ブロック図。 実施の形態１に係るＳＡＲ画像の３次元画像生成部１０００の動作を示すフローチャート。 実施の形態１におけるＳＡＲの干渉位相の概念を示す概念図。 実施の形態１におけるステップＳＴ１０５０（干渉位相処理）の処理を示すフローチャート。 実施の形態１における２組のＳＡＲ画像の組み合わせの地形縞と高さの関係。 実施の形態１において地形縞を複素数として処理をする場合の各画素の信号を複素平面表示例。 実施の形態１におけるフィルタの形状の例。 実施の形態１における各地形縞の画素に対応した配列の例。 実施の形態１におけるステップＳＴ１０７０（抽出処理）の処理を示すフローチャート。 実施の形態１におけるＳＡＲ画像のフォアショートニング現象の概念を示す概念図。 実施の形態１における３次元ＳＡＲ画像の表示例。 実施の形態１におけるステップＳＴ１０９０（信号合成処理）の処理を示すフローチャート。 実施の形態２に係るＳＡＲ画像上の散乱体の高さ推定を行う装置の全体構成図。 実施の形態２に係る干渉位相処理部２０２０の機能を示す機能ブロック図。 実施の形態２に係る抽出処理部２０４０の機能を示す機能ブロック図。 実施の形態２に係るＳＡＲ画像の散乱体の高さ推定システム２０００の動作を示すフローチャート。 実施の形態２に係る２つのＳＡＲ画像で形成した干渉位相、軌道縞の位相、地形縞の位相それぞれのグランドレンジ方向に対する変化例。 実施の形態２におけるステップＳＴ２０２０（干渉位相処理）の処理を示すフローチャート。 実施の形態２におけるステップＳＴ２０４０（抽出処理）の処理を示すフローチャート。 実施の形態３に係るＳＡＲ画像上同一高さ散乱体の抽出を行う装置の全体構成図。 実施の形態３に係る抽出処理部３０２０の機能を示す機能ブロック図。 実施の形態３に係るＧＣＰ高さデータ判断部３０３０の機能を示す機能ブロック図。 実施の形態３に係る信号合成処理部３０４０の機能を示す機能ブロック図。 実施の形態３に係るＳＡＲ画像の同一高さ散乱体抽出部３０００の動作を示すフローチャート。 実施の形態３に係るステップＳＴ３０２０（抽出処理）の処理を示すフローチャート。 従来技術における合成開口レーダでの干渉位相を示す概念図。

以下、この発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。以下で説明する実施の形態１〜３において、
実施の形態１．
実施の形態１では、異なるベースラインの複数のＳＡＲ画像（各画素の地図情報を含む）と、すべてのＳＡＲ画像を撮像したセンサの軌道の位置情報（緯度経度または地図座標と高さ）を用いて処理を行う合成開口レーダ信号処理装置について説明する。

図１は実施の形態１に係る合成開口レーダ信号処理装置１における３次元画像生成部１０００の全体構成図である。図１に基づき、実施の形態１に係る合成開口レーダ信号処理装置１、ＳＡＲ画像上の３次元画像生成部１０００、及び散乱体の高さ推定部１２００の概要を説明する。

図１において、合成開口レーダ信号処理装置１は３次元画像生成部１０００、ＳＡＲ画像１０１０、ＧＣＰ１０２０、軌道座標１０３０、散乱体高さ１０４０を備える。また、３次元画像生成部１０００は、干渉位相処理部１０５０と抽出処理部１０７０とを備えた散乱体の高さ推定部１２００と信号合成処理部１０９０を備える。干渉位相処理部１０５０は軌道縞を除去する処理部であり、複数のＳＡＲ画像１０１０の中から２つのＳＡＲ画像とＧＣＰ（地上基準点、Ｇｒｏｕｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｐｏｉｎｔ）１０２０、軌道座標１０３０を入力し、入力された２つのＳＡＲ画像の組み合わせごとに地形縞１０６０を出力する。抽出処理部１０７０は指定された特定の高さの散乱体を抽出する処理部であり、地形縞１０６０、軌道座標１０３０、散乱体高さ１０４０を入力し、入力された指定高さごとに指定高さの散乱体抽出画像１０８０を出力する。信号合成処理部１０９０は３次元ＳＡＲ画像を生成する処理部であり、散乱体高さ１０４０、指定高さの散乱体抽出画像１０８０を入力し、３次元ＳＡＲ画像１１００を出力する。

本実施の形態１では、干渉位相処理部１０５０に入力されるＳＡＲ画像１０１０は３つ以上で、地形縞１０６０は２組以上生成される。また、すべてのＳＡＲ画像１０１０は同じモード、同じオフナディア角で同じ領域を撮像されたもので、位置合わせ処理（レジストレーション）がされているものとする。さらに、すべてのＳＡＲ画像１０１０から各画素の地図情報（例えば緯度経度または地図座標）を取得可能である。

ＧＣＰ１０２０はＳＡＲ画像１０１０上の３点以上の画素の座標で、地表面にある散乱体で、かつ複数の信号の重なりが無いということが既知であるものである。軌道座標１０３０はＳＡＲ画像１０１０を撮像したセンサの軌道の位置情報（緯度経度または地図座標と高さ）である。

散乱体高さ１０４０はユーザが指定する値で抽出する散乱体高さであり、抽出処理部１０７０では、散乱体高さ１０４０が指定した高さの散乱体を抽出したＳＡＲ画像（指定高さの散乱体抽出画像１０８０）を出力する。この散乱体高さ１０４０の値は、例えば、抽出したい散乱体の高さが既知である場合はこの高さを散乱体高さ１０４０とし、抽出処理部１０７０でこの高さの散乱体の信号を抽出する。抽出したい散乱体の高さが未知である場合は、複数の高さで散乱体高さ１０４０を指定し、指定された高さごとに、抽出処理部１０７０の処理を繰り返し、それぞれ高さの散乱体の信号を抽出する。すなわち、ユーザが指定した散乱体の高さの数だけ、抽出処理部１０７０から指定高さの散乱体抽出画像１０８０が出力される。

図２は干渉位相処理部１０５０の機能を示す機能ブロック図である。図２に基づき、干渉位相処理部１０５０の機能について説明する。干渉位相処理部１０５０は、ＳＡＲ画像入力部１０５１、相関判定部１０５２、位相差算出部１０５３、軌道座標入力部１０５４、軌道縞算出部１０５５、位相減算部１０５６、ＧＣＰ入力部１０５７、バイアス除去部１０５８を備える。ＳＡＲ画像入力部１０５１は、同一箇所を異なる軌道に位置する合成開口レーダで撮像した複数のＳＡＲ画像（ＳＡＲ画像上の各画素の信号情報とＳＡＲ画像上の各画素の地図情報を含む）１０１０を入力する。

ここで、ＳＡＲ画像入力部１０５１へ入力する複数のＳＡＲ画像１０１０は３つ以上であるが、説明の簡単のため、２つのＳＡＲ画像１０１１とＳＡＲ画像１０１２が入力されたものとして干渉位相処理部１０５０を説明する。ここで、２つのＳＡＲ画像１０１１とＳＡＲ画像１０１２はベースラインＢが次式の臨界ベースラインＢｃ以下の関係にあるとする。
Ｂｃ＝（λ・Ｒ・ｔａｎθ）／ｐ・ｒ （３）
ｒ：グランドレンジ分解能

相関判定部１０５２は、ＳＡＲ画像入力部１０５１に入力された複数のＳＡＲ画像１０１０の中から２つのＳＡＲ画像を選び、それぞれの組合せで相関処理を行うことで、画素ごとに信号の重なりが無いかを判定して出力する。例えば、相関が高い画素は、画素中の信号が１種類であるとし、相関が低い画素は複数の信号が重なっていると判断する。画素中で信号が重なっている例として、ＳＡＲ画像中で、レイオーバ等で建物からの反射信号と地表からの反射信号が重なっている場合がある。以下では、信号が１種類であるものを以下の処理の対象とする。

位相差算出部１０５３は、ＳＡＲ画像入力部１０５１に入力された２つのＳＡＲ画像１０１１及びＳＡＲ画像１０１２の各画素で信号情報の位相成分の差（干渉位相）を算出する。このとき、出力されるデータには信号の振幅のデータも含まれる。例えば、ＳＡＲ画像入力部１０５１から入力される信号情報が複素数のデータであった場合、一方の複素数と他方の共役複素数との積を出力する。この積の複素数は、大きさがＳＡＲ画像の信号の振幅の積、偏角が干渉位相となる。すなわち、位相差算出部１０５３は、ＳＡＲ画像１０１１及びＳＡＲ画像１０１２を入力とし、各画素の干渉位相と信号の振幅を出力とする。

軌道座標入力部１０５４は、ＳＡＲ画像１０１１、ＳＡＲ画像１０１２を撮像したそれぞれのセンサの軌道の位置情報（緯度経度または地図座標と高さ）である軌道座標１０３０を入力する。軌道縞算出部１０５５は、ＳＡＲ画像上の各画素の地図情報（緯度経度または地図座標）と、軌道座標入力部１０５４に入力されたＳＡＲ画像１０１１、ＳＡＲ画像１０１２を撮像したそれぞれのセンサの軌道の位置情報から、それぞれの画素で軌道縞の位相を算出する。すなわち、軌道縞算出部１０５５は、ＳＡＲ画像上の画素の地図情報とＳＡＲ画像１０１１、ＳＡＲ画像１０１２を撮像したセンサの軌道の位置情報を入力として、ＳＡＲ画像１０１１、ＳＡＲ画像１０１２の組み合わせによるＳＡＲ画像の軌道縞を出力とする。

位相減算部１０５６は、ＳＡＲ画像の各画素において、位相差算出部１０５３で算出されたＳＡＲ画像１０１１とＳＡＲ画像１０１２の信号の干渉位相と、軌道縞算出部１０５５で算出されたＳＡＲ画像１０１１とＳＡＲ画像１０１２の組み合わせの軌道縞とに基づき、干渉位相から軌道縞を差し引いた差分（補正干渉位相）を算出する。すなわち、位相減算部１０５６は、ＳＡＲ画像１０１１とＳＡＲ画像１０１２の組み合わせの干渉位相と、軌道縞を入力として、補正干渉位相を出力とする。この出力される補正干渉位相のデータには、位相差算出部１０５３で出力される信号振幅データがそのまま含まれる。例えば、位相差算出部１０５３で複素数と複素共役との積を算出した場合、位相減算部１０５６は、振幅のデータをそのままとし、位相のみを回転させて変更する。

ＧＣＰ入力部１０５７は、ＳＡＲ画像１０１１、ＳＡＲ画像１０１２上の３点以上の画素（地表面にある散乱体で、かつ複数の信号の重なりが無いということが既知であるもの）の座標であるＧＣＰ１０２０を入力する。バイアス除去部１０５８は、ＧＣＰ入力部１０５７に入力された３点以上の座標と、位相減算部１０５６で算出された補正干渉位相の分布から、３点以上のＧＣＰ座標で、この座標の位相の値をもつ面を形成し、この位相面の値がすべて一定になるように面全体の位相を補正し、地形縞１０６０を算出する。すなわち、バイアス除去部１０５８は、ＧＣＰ１０２０の座標データと補正干渉位相を入力とし、地形縞１０６０を出力とする。この出力される地形縞１０６０には、位相減算部１０５６で出力される信号振幅データがそのまま含まれる。例えば、位相差算出部１０５３が複素数と複素共役との積を算出した場合、バイアス除去部１０５８は複素数の振幅のデータをそのままとし、位相のみを回転させて変更する。

なお、以上は説明の簡単のため、入力するＳＡＲ画像が２つとして説明し、出力される地形縞は１種類としたが、実際は、ＳＡＲ画像を３つ以上使用し、相関判定部１０５２で選ぶＳＡＲ画像の組み合わせを２組以上とし、地形縞１０６０はＳＡＲ画像の組み合わせの数だけ出力する。

図３は抽出処理部１０７０の機能を示す機能ブロック図である。図３に基づき、抽出処理部１０７０の機能について説明する。抽出処理部１０７０は、軌道座標入力部１０７１、軌道パラメータ算出部１０７２、散乱体高さ入力部１０７３、位相算出部１０７４、地形縞入力部１０７５、画素抽出部１０７６を備える。

軌道座標入力部１０７１は、それぞれのＳＡＲ画像を撮像したセンサの軌道の位置情報（緯度経度または地図座標と高さ）である軌道座標１０３０を入力する。このとき、地形縞入力部１０７５で入力される各地形縞を形成する各ＳＡＲ画像の組み合わせに対応したＳＡＲ画像の軌道を位置情報として入力する。軌道パラメータ算出部１０７２は、地形縞入力部１０７５に入力された地形縞１０６０と、軌道座標入力部１０７１に入力されたセンサの位置情報のうち、地形縞１０６０を形成する２つのＳＡＲ画像を撮像したセンサの軌道の位置情報より、散乱体の高さと位相の係数（軌道パラメータ）を算出する。すなわち、軌道パラメータ算出部１０７２は、地形縞１０６０と、センサの軌道の位置情報を入力とし、各地形縞でそれぞれの軌道パラメータを出力する。

散乱体高さ入力部１０７３は、ユーザが決定した抽出する散乱体高さ１０４０を入力する。この散乱体高さ１０４０の値は、例えば、抽出したい散乱体の高さが既知である場合はこの高さを散乱体高さ１０４０とし、抽出処理部１０７０でこの高さの散乱体の信号を抽出する。抽出したい散乱体の高さが未知である場合は、複数の高さで散乱体高さ１０４０を指定し、指定された高さごとに、抽出処理部１０７０の処理を繰り返し、それぞれ高さの散乱体の信号を抽出する。すなわち、ユーザが指定した散乱体の高さの数だけ、抽出処理部１０７０から指定高さの散乱体抽出画像１０８０が出力される。この抽出処理部１０７０の説明では、説明の簡単のため、この高さを散乱体高さ１０４０を１通り指定したとする。

位相算出部１０７４は、軌道パラメータ算出部１０７２で算出された軌道パラメータ、及び散乱体高さ入力部１０７３に入力された抽出する散乱体高さ１０４０をもとに、各地形縞を形成するＳＡＲ画像の組み合わせごとに、抽出する散乱体の地形縞の位相を算出する。すなわち、抽出する散乱体高さと、軌道パラメータを入力とし、抽出する散乱体の地形縞の位相を出力とする。

地形縞入力部１０７５は、干渉位相処理部１０５０で出力された複数の地形縞１０６０を入力する。画素抽出部１０７６では、地形縞入力部１０７５に入力された地形縞、及び位相算出部１０７４で算出された抽出する散乱体の地形縞の位相をもとに、指定の高さの散乱体の画素を抽出する。地形縞入力部１０７５に入力されるそれぞれの複数の地形縞のデータごとに、位相算出部１０７４が入力する位相付近であるピクセルを取り出す。すべての地形縞で同様の処理を行い、全ての地形縞で取り出されたピクセルを、指定高さの散乱体抽出画像とする。すなわち、地形縞と抽出する散乱体の画素の地形縞の位相を入力とし、指定高さの散乱体抽出画像１０８０を出力とする。

以上では、説明の簡単のため、散乱体高さ１０４０を１通り指定し、指定高さの散乱体抽出画像１０８０を１種類出力したが、実際は、散乱体高さ１０４０で指定した高さの数だけ指定高さの散乱体抽出画像１０８０を出力する。

図４は信号合成処理部１０９０の機能を示す機能ブロック図である。図４に基づき、信号合成処理部１０９０の機能について説明する。信号合成処理部１０９０は、指定高さの散乱体抽出画像入力部１０９１、散乱体高さ入力部１０９２、フォアショートニング補正部１０９３、データ合成部１０９４を備える。

指定高さの散乱体抽出画像入力部１０９１は、抽出処理部１０７０で出力された複数の指定高さの散乱体抽出画像１０８０を入力する。散乱体高さ入力部１０９２は、散乱体高さ１０４０を入力する。この散乱体高さ１０４０は、指定高さの散乱体抽出画像入力部１０９１で入力する指定高さの散乱体抽出画像１０８０にそれぞれ対応している。フォアショートニング補正部１０９３は、指定高さの散乱体抽出画像入力部１０９１に入力された複数の指定高さの散乱体抽出画像１０８０、散乱体高さ入力部１０９２に入力された散乱体高さ１０４０をもとに、指定高さの散乱体抽出画像１０８０を、それぞれに対応した散乱体高さ１０４０ごとにフォアショートニングによって歪んだＳＡＲ画像を補正する。すなわち、散乱体高さ１０４０、指定高さの散乱体抽出画像を入力とし、フォアショートニング補正後の散乱体抽出画像を出力とする。

データ合成部１０９４は、フォアショートニング補正部１０９３で補正したフォアショートニング補正後の散乱体抽出画像と、散乱体高さ入力部１０９２に入力された散乱体高さ１０４０をもとに、フォアショートニング補正後の散乱体抽出画像を、それぞれに対応した散乱体高さ１０４０ごとに並べて表示し、３次元ＳＡＲ画像１１００が生成される。すなわち、散乱体高さ、フォアショートニング補正後の散乱体抽出画像を入力とし、３次元ＳＡＲ画像１１００を出力とする。

図５は、実施の形態１に係るＳＡＲ画像の３次元画像生成部１０００の動作を示すフローチャートである。図５に基づき、実施の形態１に係るＳＡＲ画像の３次元画像生成部１０００の動作について説明する。

図５に示すように、実施の形態１に係るＳＡＲ画像の３次元画像生成部１０００は大きく３つのステップからなる。まず、ステップＳＴ１０５０（干渉位相処理）では、干渉位相処理部１０５０がＳＡＲ画像１０１１、ＳＡＲ画像１０１２、及びＧＣＰ１０２０、軌道座標１０３０を基に、地形縞１０６０が生成される。次に、ステップＳＴ１０７０（抽出処理）では、抽出処理部１０７０が地形縞１０６０、軌道座標１０３０、散乱体高さ１０４０を基に、指定高さの散乱体抽出画像１０８０を出力する。最後に、ステップＳＴ１０９０（信号合成処理）では、指定高さの散乱体抽出画像１０８０を基に、３次元ＳＡＲ画像１１００を出力する。

図６は本実施の形態１におけるＳＡＲの干渉位相の概念を示す概念図である。図６に基づき、ステップＳＴ１０５０（干渉位相処理）の概要について説明する。ステップＳＴ１０５０の目的は、２つのＳＡＲ画像から地形縞を生成することである。そこで、ＳＡＲ画像の各画素の干渉位相と軌道縞、地形縞について説明する。図６で、プラットフォームは紙面表側から裏向きに移動しているものとする。すなわち、アジマス方向は紙面表側から裏向きである。また、矢印の方向は、電波の照射方向の地表面成分方向（グランドレンジ方向）である。

ここで、２つのＳＡＲ画像を撮像したＳＡＲセンサのプラットフォーム（例えば、衛星）の軌道の位置を、それぞれｋ１、ｋ２とし、ＳＡＲ画像上の散乱体αからの反射信号について考える。ｋ２はｋ１と異なる軌道の位置である。理論的には、２つのＳＡＲ画像上の散乱体αからの反射信号の位相の差（干渉位相）φｓは、
φｓ＝Ｗ｛（２・ｐ・π・（ｒ１−ｒ２））／λ｝ （４）
ｒ１：プラットフォームｋ１と散乱体αの距離
ｒ２：プラットフォームｋ２と散乱体αの距離
である。式（４）で示されるように、反射信号の位相の差（干渉位相）φｓはプラットフォームｋ１、ｋ２それぞれから散乱体αまでの距離の差ｒ１−ｒ２と比例関係にある。ただし、位相の値は２πでラッピングされた値である。

ここで、散乱体の位置αの地表面の位置α’に仮想的に散乱体があるとして、同様に２つのＳＡＲ画像上で散乱体からの反射信号の位相差φｇ（軌道縞と呼ぶ）を求める。この軌道縞φｇは、
φｇ＝Ｗ｛（２・ｐ・π・（ｒ’１−ｒ’２））／λ｝ （５）
ｒ’１：プラットフォームｋ１と散乱体α’の距離
ｒ’２：プラットフォームｋ２と散乱体α’の距離
である。軌道座標の位置情報とすべてのＳＡＲ画像の地図情報は既知であるため、それらの値からｒ’１、ｒ’２を算出することができる。したがって、式（５）により、軌道縞φｇの値を算出することができる。

図７は、ステップＳＴ１０５０（干渉位相処理）の処理を示すフローチャートである。図７に基づきステップＳＴ１０５０（干渉位相処理）の処理を詳細に説明する。図７に示すように、ステップＳＴ１０５０にはループＬＰ１１の繰り返し処理が含まれる。ループＬＰ１１では、ＳＡＲ画像の組み合わせごとに処理を繰り返す。なお、以下で入力するＳＡＲ画像１０１０は３つ以上であり、そのＳＡＲ画像の組み合わせは複数ある。すなわち、ＳＡＲ画像の組み合わせの数だけ、ループＬＰ１１の処理を繰り返す。まず、ステップＳＴ１０５２（相関判定）では、ＳＡＲ画像入力部１０５１は、同一箇所を異なる軌道に位置する合成開口レーダで撮像した複数のＳＡＲ画像を入力する。相関判定部１０５２は、入力された２つＳＡＲ画像の相関処理を行うことで、画素ごとに信号の重なりが無いか判定する。画素の信号が、１つの散乱体からの反射信号であれば、ＳＡＲ画像ごとにその画素は相関を持つ。画素にレイオーバなどで複数の信号が含まれている場合、その画素はＳＡＲ画像ごとに相関を持たない。相関処理で１つの画素に含まれる信号が１種類か２種類以上かを判断し、信号が１種類であるものを以下の処理の対象とし、その画素の座標を出力する。

次に、ステップＳＴ１０５３（位相差算出）では、位相差算出部１０５３は、ステップＳＴ１０５２（相関判定）で処理の対象とされた画素について、その画素の２つのＳＡＲ画像の位相の差分φｓを算出し、各画素の干渉位相φｓとその画素の信号の振幅を算出する。例えば、ＳＡＲ画像入力部１０５１から入力される信号情報が複素数のデータであった場合、一方の複素数と他方の共役複素数との積を出力する。この積の複素数は、大きさがＳＡＲ画像の信号の振幅の積、偏角が干渉位相φｓとなる。

次に、ステップＳＴ１０５５（軌道縞算出）では、軌道座標入力部１０５４は、入力した２つのＳＡＲ画像を撮像したそれぞれのセンサの軌道の位置情報（緯度経度または地図座標と高さ）を入力とする。軌道縞算出部１０５５は、入力した２つのＳＡＲ画像の各画素の地図情報（緯度経度または地図座標）と、軌道座標入力部１０５４に入力されたそれぞれのセンサの軌道の位置情報、及び衛星の情報（照射電波の波長λ）から、それぞれの画素で軌道縞φｇの位相を式（５）より算出し、各画素の軌道縞φｇとする。

次に、ステップＳＴ１０５６（位相減算）では、ステップＳＴ１０５３（位相差算出）で算出された各画素の干渉位相（位相φｓとその画素の信号の振幅）、及び、ステップＳＴ１０５５（軌道縞算出）で算出された軌道縞φｇを入力とする。位相減算部１０５６では、これらのうち、位相の差分（φｓ−φｇ）を算出し、その値をφｃとする。このφｃの値と、干渉位相の信号の振幅のデータを用いて、補正干渉位相（位相φｃとその画素の信号の振幅）とする。この補正干渉位相のデータには、位相差算出部１０５３で出力される信号振幅データがそのまま含まれるため、例えば、位相差算出部１０５３が複素数と複素共役との積を算出した場合、ステップＳＴ１０５６は、複素数の大きさをそのままとし、偏角の値φｓのみを（−φｇ）だけ回転させ出力する。

次に、ステップＳＴ１０５８（バイアス位相成分除去）では、ＧＣＰ入力部１０５７はＧＣＰ（既知の同じ高さの散乱体のＳＡＲ画像上の３点の画素の座標）を入力する。バイアス除去部１０５８は、補正干渉位相（位相φｃとその画素の信号の振幅）を用いて、ＳＡＲ画像のすべての画素のうち、ＧＣＰの座標の３点でＧＣＰの座標の位相φｃの値をもつ位相面φｂを作成する。ＧＣＰの座標の位相の値がすべて同じになるよう、全ての画素で（φｃ−φｂ）を算出してこの位相をφｚとし、地形縞１０６０（位相φｚとその画素の信号の振幅）を出力する。
地形縞の位相φｚの値は、理論的には以下の式（６）のようになる。
φｚ＝Ｗ｛（２・π・ｐ・Ｂ／λ・Ｒ・ｓｉｎθ）・ｚ｝ （６）
すなわち、地形縞の位相φｚと散乱体高さｚは比例する。ただし、位相の値は２πでラッピングされた値である。別の散乱体であっても、同じ高さｚであれば、同じ補正地形縞の位相φｚの値をとる。

なお、ステップＳＴ１０５８は、ステップＳＴ１０５６と同様、この出力されるデータには、位相差算出部１０５３で出力される信号振幅データがそのまま含まれるため、位相差算出部１０５３が複素数と複素共役との積を算出した場合、ステップＳＴ１０５８は、複素数の大きさをそのままとし、偏角の値φｃのみを（−φｂ）だけ回転させ出力する。つまり、ステップＳＴ１０５０（干渉位相処理）では、２つのＳＡＲ画像の組み合わせごとに、画像の各画素の地形縞の位相と信号の振幅を出力する。以上で、ステップＳＴ１０５０（干渉位相処理）の処理の説明を終了する。

次に、ステップＳＴ１０７０（抽出処理）の概要について説明する。ここでは、説明の簡単のため、２種類の地形縞の特定位相φｚ１、φｚ２に対する処理について説明する。図８は２組のＳＡＲ画像の組み合わせの地形縞と高さの関係のグラフである。式（６）のように、散乱体の高さｚと地形縞の位相φｚの関係が成り立つが、従来技術では、以下の式（７）のように、観測されたＳＡＲ画像中の散乱体の地形縞の位相φｚ０の値のデータを用いて、この散乱体の高さｚ０を推定した。しかし、地形縞の位相φｚ０は２πでラッピングされているため、複数の高さｚ０の解（高さのアンビギュイティ）を持つことになる。
φｚ０＝Ｗ｛（２・π・ｐ・Ｂ／λ・Ｒ・ｓｉｎθ）・ｚ０｝ （７）

これに対して、本実施の形態１では、指定の高さｚ０を決定してから、この高さに対応する地形縞φｚ０を求め、ＳＡＲ画像中の地形縞の位相φｚがφｚ０となる散乱体を抽出する。このｚ０の値は、例えば、抽出したい散乱体の高さが既知である場合はこの高さをｚ０とし、以下の処理で指定の高さｚ０の散乱体の信号を抽出する。また、抽出したい散乱体の高さが未知である場合は、複数の高さｚ０を指定し、以下の処理で指定の高さｚ０ごとにそれぞれ高さｚ０の散乱体の信号を抽出する。

以下、図８(a)、図８(b)、図８(c)により、異なるベースラインＢ１、Ｂ２のＳＡＲ画像の組み合わせを用いた指定の高さの散乱体抽出について説明する。

図８(a)は、ベースラインＢ１の２つのＳＡＲ画像の組み合わせの地形縞φｚ１と高さの関係のグラフであり、この関係は式（６）を満たす。ベースラインＢ１の組み合わせのＳＡＲ画像を用いた場合で、式（７）により高さｚ０に対応する地形縞φｚ１の位相の値を算出し、φ０１とする。

図８(b)は、ベースラインＢ１と異なるベースラインＢ２の２つのＳＡＲ画像の組み合わせの地形縞φｚ２と高さの関係のグラフであり、この関係は式（６）を満たす。ベースラインＢ２の長さがＢ１と異なるので、ラッピング周期が図８(a)と異なっていることがわかる。ベースラインＢ２の組み合わせのＳＡＲ画像を用いた場合で、式（７）により高さｚ０に対応する地形縞φｚ２の位相の値を算出し、その値をφ０２とする。

図８(c)は、図８(a)、図８(b)のグラフのそれぞれ地形縞の値がφ０１とφ０２の位置になるよう重ね合わせたものである。これより、ベースラインＢ１の地形縞φｚ１でφ０１の位相となり、なおかつ、ベースラインＢ２の地形縞φｚ２でφ０２の位相となる散乱体の高さはｚ０のみになることがわかる。そこで、補正地形縞φｚ１の全画素のうち位相φ０１であることを満たし、かつ、地形縞φｚ２の全画素のうちの位相φ０２であることを満たす画素を取り出す処理を行う。

地形縞のデータに信号のノイズなどによる誤差がある場合は、誤差の幅も含めた位相を取り出すようにして、例えば、全画素から抽出する指定の位相は、φｚ１がφ０１−Δφ１からφ０１＋Δφ１の範囲、φｚ２がφ０２−Δφ２からφ０２＋Δφ２の範囲の位相に相当する画素とする。Δφ１、Δφ２の値は、例えば、各地形縞の位相の分散の幅とする。

ステップＳＴ１０７０（抽出処理）では以上の処理を、他の異なるベースラインＢのＳＡＲ画像の組み合わせの地形縞に対しても同様に行う。

図９は、地形縞を複素数として処理をする場合の各画素の信号を複素平面表示例である。図９に基づき、ステップＳＴ１０７０の実現方法の一例について説明する。説明の簡単のため、２種類の地形縞の処理について考える。

ステップＳＴ１０５０（干渉位相処理）で出力される地形縞１０６０にはＳＡＲ画像の各画素の信号の振幅と位相の情報が含まれるが、この各画素の地形縞を、この振幅を大きさ、位相φｚを偏角とした複素数ｖとして各画素で示す。

ベースラインＢ１の組み合わせのＳＡＲ画像を用いた場合で、式（７）で高さｚ０に対応する地形縞の特定位相φｚ１の値を算出し、その値をφ０１とする。ここで、ベースラインＢ１の組み合わせの地形縞の複素数をｖ１とし、偏角φ０１の画素の偏角が固定値φ’になるよう、すべての画素で、地形縞ｖ１の偏角を（φ０１−φ’）だけ回転させる。

ベースラインＢ２の組み合わせのＳＡＲ画像を用いた場合で、同様に式（７）で高さｚ０に対応する地形縞の特定位相φｚ２の値を算出し、その値をφ０２とする。ベースラインＢ２の組み合わせの地形縞の複素数をｖ２とし、偏角φ０２の画素の偏角がφ’になるよう、すべての画素で、地形縞ｖ２の偏角を（φ０２−φ’）だけ回転させる。

偏角の回転の処理後、各ベースラインの地形縞では、図９(a)のように、ＳＡＲ画像上で指定の高さｚ０である散乱体からの反射信号である画素の複素数は、偏角がφ’となる。一方、各ベースラインの地形縞で、図９(b)のように、ＳＡＲ画像上で高さｚ０でない散乱体からの反射信号である画素の複素数は、偏角がφ’とならず、同じ画素であっても地形縞ごとにその偏角は異なる。

次に、各画素で複数の地形縞の複素数の和をとる。または、さらに地形縞の数で除算を行い、平均をとる。図９(a)のように、ＳＡＲ画像上で指定の高さｚ０である散乱体からの反射信号である画素の複素数は、各画素で複数の地形縞では全ての複素数の偏角がφ’であるので、平均をとると、加算をする前のもとの信号とほぼ同じ信号であり、かつ、偏角がφ’付近である。一方、図９(b)のように、ＳＡＲ画像上で高さｚ０でない散乱体からの反射信号である画素の複素数は、各画素で複数の地形縞でそれぞれ異なる偏角であるので、加算処理を行うと、お互い打ち消し合い、振幅がもとの信号よりも小さくなり、かつ、偏角はφ’付近になるとは限らない。

最後に、偏角φ’部分の信号を取り出すために、位相のフィルタリングをする。図１０は、偏角φ’部分の信号を取り出すフィルタの形状の例である。例えば、フィルタの形状は図１０のように、矩形窓、ガウス窓などがある。これにより、図９(a)のように、ＳＡＲ画像上で高さｚ０である散乱体からの信号は偏角がφ’付近であるため、フィルタリングをしても信号が残るが、図９(b)のように、ＳＡＲ画像上で高さｚ０でなく、偏角がφ’付近でない信号は、フィルタリングにより信号が落とされる。よって、指定の高さｚ０の散乱体のみが抽出される。

説明の簡単のため、以上の処理は２組の地形縞のデータで行ったが、他の異なるベースラインＢのＳＡＲ画像の組み合わせの地形縞でも以上同様の処理を行う。

図１１は、各地形縞の画素に対応した配列の例である。図１１に基づき、ステップＳＴ１０７０の実現方法の異なる一例について、説明する。この方法は、各地形縞で画素数に対応した配列を作成し、配列の各要素で論理積をとる手法である。

地形縞１０６０にはＳＡＲ画像の各画素の信号の位相の情報が含まれるが、まずは、このうち各画素の位相φｚの情報のみを使用する。説明の簡単のため、２種類の地形縞の処理について考える。まずは、図１１のように、地形縞ごとにＳＡＲ画像の画素数をもった２つの配列（配列１、配列２）を作成する。

ベースラインＢ１の組み合わせのＳＡＲ画像を用いた場合で、式（７）で高さｚ０に対応する地形縞の特定位相φｚ１の値を画像の各画素で算出し、その値がφ０１（位相の誤差がある場合は、例えばφ０１−Δφ１からφ０１＋Δφ１の範囲であるもの）であるＳＡＲ画像の画素に対応する位置の配列の要素に１、その範囲内に無い画素に対応する位置の配列の要素に０を格納する（配列１）。同様に、ベースラインＢ２の組み合わせのＳＡＲ画像を用いた場合で、式（７）で高さｚ０に対応する地形縞の特定位相φｚ２の値を画像の各画素で算出し、その値がφ０２（位相の誤差がある場合は、例えばφ０２−Δφ２からφ０２＋Δφ２の範囲であるもの）であるＳＡＲ画像の画素に対応する位置の配列の要素に１、その範囲内に無い画素に対応する位置の配列の要素に０を格納する（配列２）。

さらに、配列１と配列２を要素ごとに乗算をし（論理積）、要素の値が１になったものは、φｚ１の値がφ０１（位相の誤差がある場合は、例えばφ０１−Δφ１からφ０１＋Δφ１の範囲であるもの）、φｚ２の値がφ０２（位相の誤差がある場合は、例えばφ０２−Δφ２からφ０２＋Δφ２の範囲であるもの）の両方を満たすものである。これにより、この配列の要素が１である画素の地形縞の振幅の値を、高さｚ０である散乱体からの信号として取り出すことができる。説明の簡単のため、以上の処理は２組の地形縞のデータで行ったが、他の異なるベースラインＢのＳＡＲ画像の組み合わせの地形縞でも以上の同様の処理を行う。

図１２は、ステップＳＴ１０７０（抽出処理）の処理を示すフローチャートである。図１２に基づき、ステップＳＴ１０７０（抽出処理）の処理を詳細に説明する。図１２に示すように、ステップ１０７０には、２つのループＬＰ１２、ＬＰ１３の繰り返し処理が含まれる。ループＬＰ１２は、以下のステップＳＴ１０７３で指定する高さごとに繰り返す。すなわち、ステップＳＴ１０７３で指定する高さの種類の数だけ、ループＬＰ１２の処理を繰り返す。ループＬＰ１３では、干渉波を作成する２つのＳＡＲ画像の組み合わせごとに処理を繰り返す。すなわち、ＳＡＲ画像の組み合わせの数だけ、ループＬＰ１３の処理を繰り返す。

まず、ステップＳＴ１０７３（高さ決定）では、散乱体高さ入力部１０７３はユーザが決定した抽出する散乱体の高さｚ０を入力する。このｚ０の値は、例えば、抽出したい散乱体の高さが既知である場合はこの高さをｚ０としてループＬＰ１２の処理を行う。抽出したい散乱体の高さが未知である場合は、複数の高さｚ０を指定し、指定された高さごとにループＬＰ１２の処理を繰り返し、それぞれ高さｚ０の散乱体の信号を抽出する。

次に、ステップＳＴ１０７２（軌道パラメータ算出）では、軌道座標入力部１０７１は、地形縞入力部１０７５で入力する地形縞を形成した２つのＳＡＲ画像を撮像したそれぞれのセンサの軌道の位置情報（緯度経度または地図座標と高さ）を入力する。軌道パラメータ算出部１０７２は、入力されたセンサの軌道の位置情報から、２つのセンサの軌道の位置の中点から画像中心までの距離Ｒ、オフナディア角θ、ベースラインＢのパラメータを求め、以下の式（８）により軌道パラメータｍをそれぞれ算出する。
ｍ＝２・π・ｐ・Ｂ／λ・Ｒ・ｓｉｎθ （８）

次に、ステップＳＴ１０７４（高さ位相変換）では、位相算出部１０７４は、ステップＳＴ１０７２で出力した軌道パラメータｍ、ステップＳＴ１０７３で指定した抽出する高さｚ０をもとに、ＳＡＲ画像の組み合わせごとに、抽出する散乱体の地形縞の位相φｚ０を決定し、この位相の値φｚ０を出力する。φｚ０は、式（７）より、
φｚ０＝Ｗ｛ｍ・ｚ０｝ （９）
で求められる。

次に、ステップＳＴ１０７６（画素抽出）では、地形縞入力部１０７５は、ステップＳＴ１０５０で出力された複数の地形縞１０６０を入力する。画素抽出部１０７６は、位相算出部１０７４、地形縞入力部１０７５に入力されたデータをもとに、指定の高さの散乱体を抽出する。地形縞入力部１０７５から入力されるそれぞれの複数の地形縞のデータごとに、前述の図８、図９、図１０、図１１に示す方法に従い、位相算出部１０７４から入力される位相φｚ０付近の位相を持つピクセルを取り出す。すべての地形縞で同様の処理を行い、全ての地形縞で取り出されたピクセルを、指定の高さｚ０の散乱体とし、指定の高さの散乱体抽出画像１０８０を出力する。

つまり、ステップＳＴ１０７０（抽出処理）では、ユーザが指定する指定の高さごとに、ＳＡＲ画像の指定の高さの散乱体のみを抽出した画像を出力する。以上で、ステップＳＴ１０７０（抽出処理）の処理の説明を終了する。

図１３は、本実施の形態１におけるＳＡＲ画像のフォアショートニング現象の概念を示す概念図である。図１３に基づき、フォアショートニングによる散乱体の位置ずれとその補正について説明する。プラットフォームは紙面表側から裏向きに移動しているものとする。すなわち、アジマス方向は紙面表側から裏向きである。また、座標の矢印の方向は、電波の照射方向の地表面成分方向（グランドレンジ方向）である。

図１３の通りにオフナディア角θで電波が照射している場合、散乱体の高さをｚ０、散乱体とセンサ間の長さ（スラントレンジ長さ）をｒとすると、ＳＡＲ画像では地表で同じスラントレンジ長さｒの位置にある散乱体としてみなされる。このとき、ＳＡＲ画像では散乱体がｘ０だけ地表のセンサ側にずれて表示されるが、このｘ０は、
ｘ０＝ｚ０／ｔａｎθ （１０）
である。したがって、ＳＡＲ画像を３次元で示す場合、グランドレンジのセンサ側にｘ０ずれた長さ分を、散乱体の高さｚ０に応じてｘ０だけグランドレンジのセンサの反対側に位置を補正する。

ＳＡＲ画像の３次元表示の方法としては、例えば図１４のようなものがある。図１４は、３次元ＳＡＲ画像の表示例である。例えば、図１４(a)のように、レンジ方向、アジマス方向、高さの３次元の軸にプロットする方法がある。もしくは、例えば、図１４(b)のように各高さｚ０ごとに対応する高さごとにＳＡＲ画像を順に表示させ、ＳＡＲ画像のスライス構造のように表示させる方法がある。

図１５はステップＳＴ１０９０（信号合成処理）の処理を示すフローチャートである。図１５に基づきステップＳＴ１０９０（信号合成処理）の処理を詳細に説明する。ステップＳＴ１０９３（フォアショートニング補正）では、指定高さの散乱体抽出画像入力部１０９１は、抽出処理部１０７０で出力された複数の指定高さの散乱体抽出画像１０８０を入力する。散乱体高さ入力部１０９２は、散乱体高さ１０４０を、複数の指定高さの散乱体抽出画像１０８０ごとにｚ０として入力する。フォアショートニング補正部１０９３は、指定高さの散乱体抽出画像入力部１０９１に入力された数の指定高さの散乱体の抽出画像を、各高さｚ０ごとに、フォアショートニングによって散乱体がＳＡＲ画像上でグランドレンジのセンサ側にｘ０にずれた長さ分を式（１０）のように算出し、ＳＡＲ画像のグランドレンジのセンサの反対方向にｘ０だけ位置を補正する。

ステップＳＴ１０９４（データ合成）では、データ合成部１０９４は、ステップＳＴ１０９３で補正した指定高さの散乱体抽出画像のデータを、例えば各高さｚ０ごとに対応する高さごとに並べて表示するなどして合成し、３次元ＳＡＲ画像１１００を出力する。つまり、ステップＳＴ１０９０（信号合成処理）では、ユーザが指定する指定の高さの散乱体抽出画像、及びそれぞれの抽出画像に対応する高さｚ０を入力してすべての画像を高さ順に並べ、ＳＡＲ画像の３次元のデータを出力する。以上で、ステップＳＴ１０９０（信号合成処理）の処理の説明を終了する。

従来技術では、観測された地形縞の位相により散乱体の高さを推定し、その推定可能な高さは最短ベースライン長に対応する式（２）の高さｚｍａｘ以下の散乱体の高さまでしか高さを推定できない問題点があった。これに対して、本実施の形態１では、指定の位相に対応する高さの散乱体を抽出する。さらに、複数のベースラインのＳＡＲ画像の組み合わせを利用し、ＳＡＲ画像の組み合わせごとに、抽出する高さに対応する複数の位相を指定し、すべての組み合わせで指定の位相となる画素を抽出している。このようにＳＡＲ画像の組み合わせに対応する複数の位相を指定し、全ての組合せで指定の位相となる画素を抽出するため、散乱体を従来技術よりも高い範囲で高さ方向に分離することを可能とする。

また、本実施の形態１では複数のベースラインを扱ったが、そのうちの一方を第１のベースライン長、他方を第２のベースライン長と呼ぶことにする。また、複数の地形縞１０６０のうち第１のベースライン長に対応する地形縞を第１の地形縞、第２のベースライン長に対応する地形縞を第２の地形縞と呼ぶことにする。

すなわち、本実施の形態１に係る合成開口レーダ信号処理装置１は、第１のベースライン長を有する２つのセンサそれぞれで生成される第１の２つの合成開口レーダ画像を用いて第１の２つの合成開口レーダ画像上の同じ散乱体を表す２つの画素に含まれる信号の相対位相を複数の画素に対して表した第１の地形縞と、第２のベースライン長を有する２つのセンサそれぞれで生成される第２の２つの合成開口レーダ画像を用いて該第２の２つの合成開口レーダ画像上の同じ散乱体を表す２つの画素に含まれる信号の相対位相を複数の画素に対して表した第２の地形縞とを算出する干渉位相処理部１０５０と、指定された特定の高さの散乱体に相当する前記第１の地形縞での位相を示す第１の特定位相φｚ１及び前記特定の高さの散乱体に相当する前記第２の地形縞での位相を示す第２の特定位相φｚ２を算出する位相算出部１０７４と、前記干渉位相処理部１０５０で算出された前記第１の地形縞及び前記第２の地形縞の中から前記第１の地形縞で前記第１の特定位相となりかつ前記第２の地形縞で前記第２の特定位相となる前記特定の高さに相当する画素を抽出する画素抽出部１０７６と、を含む抽出処理部１０７０と、を備えたことを特徴とする。この構成によって、最短ベースライン長を有する２つのセンサで測定可能な高さよりも高い散乱体の高さを推定可能である。

また、本実施の形態１に係る合成開口レーダ信号処理装置１は、前記特定の高さは、前記第１のベースライン長と前記第２のベースライン長のうち短いベースライン長を有する２つのセンサのみで測定な可能な高さより高い、ことを特徴とする。この特定の高さの指定によって、本実施の形態１に係る合成開口レーダ信号処理装置１は従来技術よりも高い散乱体の高さを推定できる。

また、本実施の形態１に係る合成開口レーダ信号処理装置１は、前記干渉位相処理部１０５０は、前記第１または前記第２の２つの合成開口レーダ画像上の高さが既知で同じ高さを有する散乱体を表す少なくとも３つのＧＣＰの画素を選定し、前記少なくとも３つの画素に含まれる信号の位相が前記２つの合成開口レーダ画像上で同じとなるように前記２つの合成開口レーダ画像上の画素の位相を補正するバイアス除去部を含む、ことを特徴とする。この構成によって、第１または第２のベースライン長を有する２つのセンサの間で同じ散乱体を観測した場合の観測位相の整合性をとることができ、２つのセンサ間で位相バイアスを除去することができる。

また、本実施の形態１に係る合成開口レーダ信号処理装置１は、抽出処理部１０７０は、前記第１及び前記第２のベースライン長を有する２つのセンサの軌道情報を用いて、前記第１及び前記第２のベースライン長のそれぞれに対応した軌道パラメータを算出する軌道パラメータ算出部を備え、位相算出部は、前記軌道パラメータ算出部で算出された軌道パラメータを用いて前記第１及び前記第２の特定位相を算出することを特徴とする。このようにセンサの軌道情報を用いることで、センサの移動等により生じる観測位相の成分を除去しつつ、地形縞に対応した特定位相を算出することができる。

また、本実施の形態１に係る合成開口レーダ信号処理装置１は、前記第１または前記第２それぞれの組み合わせの２つの合成開口レーダ画像上の同じ散乱体を表す２つの画素に含まれる位相の差の時間または空間的なばらつきに基づき、前記２つの画素が１種類の反射信号を含むか、複数の種類の反射信号を含むか、を示すことを特徴とする。このような構成により、複数の種類の反射信号を含まない画素を対象として、ＳＡＲ画像の抽出処理を行うことができる。

また、本実施の形態１に係る合成開口レーダ信号処理装置１は、前記抽出処理部１０７０において、前記特定の高さは複数の高さであり、前記画素抽出部１０７６は前記複数の高さのそれぞれに相当する画素を抽出し、前記抽出処理部１０７０で前記複数の高さの高さごとに抽出された画素を用いて３次元画像を生成する信号合成処理部を備えたことを特徴とする。このような構成により、異なる高さに対して抽出されたＳＡＲ画像を用いて３次元画像を生成することができる。

実施の形態２．
実施の形態１ではセンサ軌道の位置情報から、センサと散乱体間の距離ｒ’１、ｒ’２、Ｒ、ベースライン長Ｂ、及びオフナディア角θを求め、軌道縞φｇ及び軌道パラメータｍを算出する。この際、ｒ’１、ｒ’２、Ｒ、Ｂの精度はセンサ軌道情報の精度に大きく依存するため、センサ軌道の位置精度が必要となる。これに対して、実施の形態２では、センサの軌道の位置情報の精度が十分でない場合にも、ｒ’１、ｒ’２、Ｂ、Ｒの値を用いる代わりにＳＡＲ画像を撮像したセンサの照射電波のオフナディア角θを用いて、軌道縞φｇ、及び軌道パラメータｍを高精度に算出する方法を示す。以下、実施の形態１と同じ入力・出力データ、装置、ステップには同一の番号を付し、説明を省く。

図１６は実施の形態２に係る合成開口レーダ信号処理装置１におけるＳＡＲ画像上の散乱体の高さ推定を行う装置の全体構成図である。図１６に基づき、実施の形態２に係るＳＡＲ画像上の３次元画像生成部２０００の概要を説明する。この３次元画像生成部２０００は、干渉位相処理部２０２０、抽出処理部２０４０、信号合成処理部１０９０を備える。ここで、実施の形態１と異なるのは、干渉位相処理部２０２０、抽出処理部２０４０ であり、信号合成処理部１０９０は実施の形態１と同じ処理構成である。実施の形態１と異なり、抽出処理部２０４０ は、センサの軌道座標の情報の代わりに、オフナディア角２０１０を入力する。ここで、オフナディア角２０１０は、ＳＡＲのセンサからの電波の照射方向で、入力する全てのＳＡＲ画像で同じ値とする。

図１７は、干渉位相処理部２０２０の機能を示す機能ブロック図である。図１７に基づき、干渉位相処理部２０２０の機能について説明する。干渉位相処理部２０２０は、ＳＡＲ画像入力部１０５１、相関判定部１０５２、位相差算出部１０５３、軌道縞周期算出部２０２１、位相減算部１０５６、ＧＣＰ入力部１０５７、バイアス除去部１０５８を備える。また、軌道縞周期算出部２０２１はフーリエ変換部２０２２、ＢＰＦ部２０２３、逆フーリエ変換部２０２４を備える。ここで、実施の形態１と異なるのは、軌道縞周期算出部２０２１が備えられている点である。軌道座標入力部は備えられていないが、軌道座標の情報の代わりに軌道縞周期算出部２０２１で効率よく軌道縞周期２０３０を求める。

軌道縞周期算出部２０２１において、フーリエ変換部２０２２は、ＳＡＲ画像入力部１０５１に入力された２つのＳＡＲ画像の各画素の干渉位相と信号の振幅のうち、位相の分布のデータをＳＡＲ画像のレンジ方向に空間でフーリエ変換し、空間の位相の周波数分布を算出する。すなわち、フーリエ変換部２０２２は、ＳＡＲ画像１０１１及びＳＡＲ画像１０１２を入力とし、空間の位相の周波数分布と各画素の振幅のデータを出力とする。

ＢＰＦ部２０２３は、ＢＰＦ（Ｂａｎｄ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）の処理部であり、フーリエ変換部２０２２で算出された空間の位相の周波数分布と各画素の振幅のデータから、軌道縞の周期をもつ周波数成分を取り出す。すなわち、ＢＰＦ部２０２３は、空間の位相の周波数分布と各画素の振幅のデータを入力とし、軌道縞の周期をもつ周波数成分、及び、各画素の振幅のデータもそのまま出力する。

逆フーリエ変換部２０２４は、ＢＰＦ部２０２３で算出された空間の位相の周波数成分と各画素の振幅のデータから、空間の位相の周波数成分を空間方向に逆フーリエ変換する。これにより、位相差算出部１０５３で出力される各画素の干渉位相のうち、簡易的に軌道縞の位相の分布のみを取り出す。すなわち、逆フーリエ変換部２０２４は、空間の位相の周波数成分と各画素の振幅のデータからを入力とし、軌道縞の位相の分布、及び、各画素の振幅のデータもそのまま出力する。

次に、図１８に基づき、抽出処理部２０４０の機能について説明する。図１８は、抽出処理部２０４０の機能を示す機能ブロック図である。抽出処理部２０４０は、軌道縞周期入力部２０４１、オフナディア角入力部２０４２、軌道パラメータ算出部２０４３、散乱体高さ入力部１０７３、位相算出部１０７４、地形縞入力部１０７５、画素抽出部１０７６を備える。ここで、実施の形態１と異なるのは、軌道縞周期入力部２０４１、オフナディア角入力部２０４２が備えられている点である。軌道座標入力部１０７１、散乱体高さ入力部１０７３は備えられていないが、軌道パラメータ算出部２０４３では、軌道座標と散乱体高さの情報の代わりに、軌道縞周期とオフナディア角の情報によって軌道パラメータを算出する。すなわち、軌道パラメータ算出部２０４３は、実施の形態１の軌道パラメータ算出部１０７２と同様に、入力値から軌道パラメータを算出するが、異なる入力値なので、軌道パラメータ算出部１０７２と異なる処理となる。

軌道縞周期入力部２０４１は、干渉位相処理部２０２０で出力された複数の軌道縞周期２０３０を入力する。このとき、地形縞入力部１０７５で入力される各地形縞を形成する各ＳＡＲ画像の組み合わせに対応した軌道縞周期として入力する。オフナディア角入力部２０４２は、ＳＡＲ画像１０１０を撮像した電波の照射方向をオフナディア角として入力する。軌道パラメータ算出部２０４３は、軌道パラメータ入力部２０４１に入力された各地形縞に対応する軌道周期のデータ、オフナディア角入力部２０４２に入力されたオフナディア角の値を用いて軌道パラメータをそれぞれ算出する。すなわち、軌道パラメータ算出部２０４３は、各地形縞に対応する軌道周期とオフナディア角を入力とし、各地形縞に対応する軌道パラメータを出力とする。

図１９に基づき、実施の形態２に係るＳＡＲ画像の３次元画像生成部２０００の動作について説明する。図１９は、実施の形態２に係るＳＡＲ画像の３次元画像生成部２０００の動作を示すフローチャートである。

図１９に示すように、実施の形態２に係るＳＡＲ画像の３次元画像生成部２０００は大きく３つのステップからなる。まず、ステップＳＴ２０２０（干渉位相処理）では、干渉位相処理部２０２０がＳＡＲ画像１０１０、及びＧＣＰ１０２０を基に、軌道縞周期２０３０及び地形縞１０６０を出力する。次に、ステップＳＴ２０４０（抽出処理）では、抽出処理部２０４０が、軌道縞周期２０３０、地形縞１０６０、オフナディア角２０１０、散乱体高さ１０４０を基に、指定高さの散乱体抽出画像１０８０を出力する。最後に、ステップＳＴ１０９０（信号合成処理）では、信号合成処理部１０９０が、指定高さの散乱体抽出画像１０８０を基に、３次元ＳＡＲ画像を出力する。

次に、図２０に基づき、ステップＳＴ２０２０（干渉位相処理）の軌道縞推定の概要について説明する。ステップＳＴ２０２０（干渉位相処理）の目的は、２つのＳＡＲ画像から軌道縞を推定し、地形縞を生成することである。そこで、この軌道縞の簡易的な推定について説明する。

図２０は、２つのＳＡＲ画像で形成した干渉位相、軌道縞の位相、地形縞の位相それぞれのグランドレンジ方向に対する変化例のグラフである。図２０(a)は、あるアジマス座標でのグランドレンジ方向（電波の照射方向の地表面成分方向）に対する干渉位相φｓのグラフである。位相は２πでラッピングされていることで、位相が周期的に変化している。このグランドレンジ方向に対する干渉位相φｓの周期的な変化は軌道縞φｇの成分であるため、軌道縞φｇのグランドレンジ方向に対する変化は図２０(b)のようになる。すなわち、干渉位相φｓの周期的な変化成分として軌道縞φｇを取り出し、その差分（φｓ−φｇ）から、図２０(c)のように補正干渉位相φｃを取り出す。

例えば、ＳＡＲ画像の画素で、干渉位相φｓを偏角、大きさ１の複素数ｖｎを以下のように設定し、
ｖｎ＝ｅｘｐ（ｊ・φｓ） （１１）
ｖｎを空間のフーリエ変換する。これによって、干渉位相φｓの空間の変化を周波数領域に変換し、ピークを持つ周期成分のみをＢＰＦ（Ｂａｎｄ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）によって取り出す。例えば、周波領域で、ピークをもつ周波数のみを取り出す。さらに、これを逆フ−リエ変換し、この位相の変化成分を軌道縞φｇとする。

次に、図２１に基づきステップＳＴ２０２０（干渉位相処理）の処理を詳細に説明する。図２１は、ステップＳＴ２０２０（干渉位相処理）の処理を示すフローチャートである。実施の形態２では、各画素の干渉位相の周波数領域から軌道縞の位相を算出するため、ステップＳＴ２０２０（干渉位相処理）はステップＳＴ２０２２、ステップＳＴ２０２３、ステップＳＴ２０２４を含む点が、実施の形態１の図７のステップＳＴ１０５０（干渉位相処理）と異なる。

ステップＳＴ２０２２（フーリエ変換）では、ステップＳＴ１０５３（位相差算出）で算出された各画素の干渉位相（位相φｓとその画素の信号の振幅）を入力とする。フーリエ変換部２０２２は、干渉位相の位相成分φｓの分布のデータをＳＡＲ画像の空間でフーリエ変換し、各干渉位相空間の周波数分布を算出する。例えば、式（１１）のように、干渉位相φｓを偏角、大きさ１の複素数ｖｎを設定し、空間のフーリエ変換によって干渉位相φｓの空間方向の変化を周波数領域に変換する。

ステップＳＴ２０２３（ＢＰＦ）では、ステップＳＴ２０２２（フーリエ変換）で算出された干渉位相φｓの空間方向の周波数領域の分布を入力する。ＢＰＦ部２０２３は、ＢＰＦの処理を行う。入力された干渉位相φｓの空間方向の周波数領域の分布のうち、空間で主な周期をもつ周波数成分を取り出す。例えば、干渉位相の空間分布を周波数空間で表わしたときのピークの周波数が軌道縞として、ピークとなる周波数のみを取り出す。ステップＳＴ１０５３で算出された干渉位相φｓのうち、空間の位相の周期的な分布は軌道縞であるので、ＢＰＦの処理で取り出した周波数は、軌道縞φｇを構成する周波数となる。

ステップＳＴ２０２４（逆フーリエ変換）では、ステップＳＴ２０２３（ＢＰＦ）で取り出した干渉位相φｓの空間の主な周期をもつ周波数成分を入力する。逆フーリエ変換部２０２４は、この空間の位相の周波数成分を、空間で逆フーリエ変換する。これにより、位相差算出部１０５３で出力されるＳＡＲ画像の干渉位相φｓのうち、簡易的に軌道縞の位相φｇを取り出す。さらに、このとき、軌道縞の位相φｇの空間方向の変化の周期Δｘを出力する。なお、この軌道縞周期Δｘは、理論的に、
Δｘ＝（λ・Ｒ・ｃｏｓθ）／（ｐ・Ｂ） （１２）
と表される。

以降、実施の形態１の図７に記載のステップＳＴ１０５６（位相減算）、ステップＳＴ１０５８（バイアス位相成分除去）と同じ処理を行い、地形縞（位相φｚとその画素の信号の振幅）を出力する。本実施の形態では、周波数領域で各画素の干渉位相と軌道縞の位相を算出することにより、効率よく軌道縞を算出することを可能とする。

次に、図２２に基づきステップＳＴ２０４０（抽出処理）の処理を詳細に説明する。図２２は、ステップＳＴ２０４０（抽出処理）の処理を示すフローチャートである。実施の形態２の図２２は軌道パラメータ算出ステップＳＴ２０４３を含む点で実施の形態１の図１２と異なる。

ステップＳＴ２０４３（軌道パラメータ算出）では、軌道周期入力部２０４１は、干渉位相処理部２０２０から出力される軌道パラメータΔｘを入力し、オフナディア角入力部２０４２は、ＳＡＲ画像を撮像した電波の照射方向をオフナディア角θとして入力し、軌道パラメータ算出部２０４３は、軌道パラメータｍを算出する。具体的には、実施の形態１の式（８）で軌道パラメータｍは
ｍ＝２・π・ｐ・Ｂ／λ・Ｒ・ｓｉｎθ
で与えられたが、実施の形態２では式（１２）で出力された軌道縞周期Δｘを用いて、軌道パラメータｍを次式で表す。
ｍ＝１／（Δｘ・ｔａｎθ） （１３）
ステップＳＴ２０４３（軌道パラメータ算出）では、式（１３）の計算により、軌道パラメータｍを算出する。

本実施の形態では、式（１３）の計算により軌道パラメータｍを算出しているので、必要とされるのは軌道縞周期Δｘとオフナディア角θである。軌道縞周期ΔｘはＳＡＲ画像から得られる値であり、本実施の形態では高精度なセンサの軌道の位置情報を必要とすることなく、高さ情報を指定の位相に変換する軌道パラメータを算出することができる。

実施の形態１では、高精度なセンサの軌道の位置情報が必要であったが、フーリエ変換によって求めたＳＡＲ画像の軌道縞の情報を使用することで、センサの情報は軌道位置の誤差の影響が小さい照射電波のオフナディア角のみを使用し、高精度なセンサの軌道の位置情報は必要なく処理することができる。

また、実施の形態２においても実施の形態１と同様に複数のベースラインのうちの一方を第１のベースライン長、他方を第２のベースライン長、複数の地形縞のうち第１のベースライン長に対応する地形縞を第１の地形縞、第２のベースライン長に対応する地形縞を第２の地形縞と呼ぶことにする。

すなわち、本実施の形態２に係る合成開口レーダ信号処理装置１では、干渉位相処理部２０２０は、前記第１及び前記第２の２つの合成開口レーダ画像から軌道縞周期を算出する軌道縞周期算出部２０２１を備え、抽出処理部２０４０は、軌道縞周期算出部２０２１で算出された軌道縞周期と前記合成開口レーダ画像を生成するために合成開口レーダから照射された電波のオフナディア角とを用いて、前記第１及び前記第２のベースライン長のそれぞれに対応した軌道パラメータを算出する軌道パラメータ算出部２０４３を備え、前記位相算出部１０７４は、該軌道パラメータ算出部２０４３で算出された軌道パラメータを用いて前記第１及び第２の特定位相を算出することを特徴とする。このような構成により、合成開口レーダ信号処理装置１は、高精度なセンサの軌道の位置情報を用いなくても特定位相を算出することが可能となる。

また、本実施の形態２に係る合成開口レーダ信号処理装置１では、軌道縞周期算出部２０２１は、前記第１または前記第２の２つの合成開口レーダ画像上の２つの画素に含まれる信号の相対位相の空間的な変化の度合いを表す周波数スペクトルの中から周波数成分の電力分布に基づき周波数を選択し、該選択された周波数を前記軌道縞周期の周波数として抽出することを特徴とする。また、周波数スペクトルの中から周波数成分の電力分布に基づき周波数を選択する一例としては、周波数スペクトルのピークを持つ周波数を選択する構成がある。このような構成により、合成開口レーダ信号処理装置１は、前記第１または前記第２の２つの合成開口レーダ画像を用いて効率的に軌道縞周期を抽出することができる。

実施の形態３．
実施の形態１、２では、ＳＡＲ画像を撮像したセンサの軌道の位置情報や（例えば、衛星の軌道座標）や照射電波のオフナディア角など、センサの情報が必要であるのに対し、実施の形態３では、センサの情報が無い場合にも処理を可能とする方法として、センサの情報の代わりに、異なるベースラインの複数のＳＡＲ画像に加えて、指定の高さのＧＣＰ（地上基準点、Ｇｒｏｕｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｐｏｉｎｔ）データを用いて、ＳＡＲ画像から指定の高さのＧＣＰの散乱体と同じ高さの散乱体を抽出する形態について説明する。以下、実施の形態１、実施の形態２と同じ入力・出力データ、装置、ステップには同一の番号を付し、説明を省く。

図２３は、実施の形態３に係るＳＡＲ画像上同一高さ散乱体の抽出を行う装置の全体構成図である。図２３に基づき、実施の形態３に係るＳＡＲ画像上の同一高さ散乱体抽出部３０００の概要を説明する。

ＳＡＲ画像上の同一高さ散乱体抽出部３０００は、実施の形態１、２と異なり、干渉位相処理部、抽出処理部、信号合成処理部に加えて、ＧＣＰ高さデータ判断部を備えており、干渉位相処理部２０２０、抽出処理部３０２０、ＧＣＰ高さデータ判断部３０３０、抽出信号合成部３０４０を備える。干渉位相処理部２０２０は、実施の形態２と同じであるが、抽出処理部３０２０、ＧＣＰ高さデータ判断部３０３０は実施の形態１、実施の形態２と異なる処理構成である。

本実施の形態では、実施の形態１、実施の形態２と異なり、抽出処理部３０２０は、各干渉位相の地形縞１０６０に加えて、センサの情報の代わりに、指定高さのＧＣＰ３０１０を入力する。さらに、ＧＣＰ高さデータ判断部３０３０へ、指定高さの散乱体抽出画像１０８０に加えて、指定高さのＧＣＰ３０１０が再度入力される。ＧＣＰ高さデータ判断部３０３０では、指定高さのＧＣＰ３０１０のデータに散乱体の高さ情報が含まれるか否かを判断する。指定高さのＧＣＰ３０１０のデータに散乱体の高さ情報が含まれない場合には、指定高さの散乱体抽出画像１０８０を出力して同一高さ散乱体抽出部３０００を終了する。指定高さのＧＣＰ３０１０のデータに散乱体の高さ情報が含まれる場合には、指定高さの散乱体抽出画像１０８０を出力し、このデータを抽出信号合成部３０４０に入力する。その場合、最後に、抽出信号合成部３０４０へ指定高さの散乱体抽出画像１０８０、指定高さのＧＣＰ３０１０が入力される。抽出信号合成部３０４０は、３次元ＳＡＲ画像１１００を出力する。

指定高さのＧＣＰ３０１０は、ユーザが選ぶ抽出したい高さの散乱体のＳＡＲ画像の画素の座標である。ただし、その画素の散乱体は、レイオーバ等による複数の信号が重なっていないものとする。さらに、その画素の散乱体の高さが既知である場合は、指定の高さのＧＣＰ３０１０のデータにはその高さの情報も含まれる。指定の高さのＧＣＰ３０１０の画素の散乱体の高さが未知である場合は、指定の高さのＧＣＰ３０１０には散乱体の高さ情報は含まれない。

図２４は、抽出処理部３０２０の機能を示す機能ブロック図である。図２４に基づき、抽出処理部３０２０の機能について説明する。抽出処理部３０２０は、指定高さのＧＣＰ入力部３０２１、抽出位相決定部３０２２、地形縞入力部１０７５、画素抽出部１０７６を備える。ここで、実施の形態２と異なるのは、指定高さのＧＣＰ入力部３０２１、抽出位相決定部３０２２が備えられている点である。軌道縞周期入力部、オフナディア角入力部、散乱体高さ入力部、軌道パラメータ算出部、位相算出部は備えられていない。実施の形態１と実施の形態２では、指定の高さの値を、式（９）により軌道パラメータｍの値を用いて指定の位相の値に変換したが、抽出処理部３０２０では、指定の高さのＧＣＰの画素の位相の値により直接指定の位相を選択するため、軌道パラメータの算出や、式（９）の高さ情報から位相情報への変換の処理が不要である。

指定高さのＧＣＰ入力部３０２１は、指定の高さのＧＣＰ３０１０を入力する。なお、指定高さのＧＣＰ３０１０には、ＳＡＲ画像の画素の座標データが含まれ、その座標の散乱体の高さが既知であれば、その高さのデータも含まれる。抽出位相決定部３０２２は、指定の高さＧＣＰ入力部３０２１に入力されたＳＡＲ画像の画素のＧＣＰの座標から、各地形縞を形成するＳＡＲ画像の組み合わせごとにその画素の地形縞の位相の値を読み取り、その位相を画素抽出部１０７６で抽出する位相とする。すなわち、指定の高さＧＣＰ３０２１を入力とし、その画素の地形縞の位相の値を出力とする。

図２５は、ＧＣＰ高さデータ判断部３０３０の機能を示す機能ブロック図である。図２５に基づき、ＧＣＰ高さデータ判断部３０３０の機能について説明する。ＧＣＰ高さデータ判断部３０３０は、指定高さのＧＣＰ入力部３０３１、指定高さの散乱体抽出画像入力部３０３２、高さデータ有無判断部３０３３を備える。

指定高さのＧＣＰ入力部３０３１は、指定高さのＧＣＰ３０１０を入力する。なお、指定高さのＧＣＰ３０１０には、ＳＡＲ画像の画素の座標データが含まれ、その座標の散乱体の高さが既知であれば、その高さのデータも含まれる。指定高さの散乱体抽出画像入力部３０３２は、抽出処理部３０２０で出力された複数の指定高さの散乱体抽出画像１０８０を入力する。高さデータ有無判断部３０３３は、指定の高さＧＣＰ入力部３０３１に入力されたＧＣＰ３０１０、指定高さの散乱体抽出画像入力部３０３２に入力された指定高さの散乱体抽出画像１０８０をもとに、指定高さのＧＣＰ３０１０の画素のデータの散乱体高さが既知で、散乱体高さの情報が含まれているかどうかを判断する。散乱体の高さが既知の場合、すなわち指定高さのＧＣＰ３０１０に散乱体の高さ情報が含まれている場合は、指定高さの散乱体抽出画像１０８０のデータを出力し、次の信号合成処理部３０４０の処理に進む。散乱体の高さが未知の場合、すなわち指定高さのＧＣＰ３０１０に散乱体の高さ情報が含まれていない場合は、散乱体抽出画像１０８０のデータを出力し、同一高さ散乱体抽出部３０００を終了する。

図２６は、信号合成処理部３０４０の機能を示す機能ブロック図である。図２６に基づき、信号合成処理部３０４０の機能について説明する。抽出信号合成部３０４０は、ＧＣＰ高さデータ判断部３０３０から指定高さの散乱体抽出画像１０８０のデータが入力された場合に処理を行う。

信号合成処理部３０４０は、指定高さの散乱体抽出画像入力部１０９１、フォアショートニング補正部１０９３、指定高さのＧＣＰ入力部３０４１、データ合成部１０９４を備える。ここで、実施の形態１の図４と異なるのは、散乱体高さ入力部１０９２の代わりに指定高さのＧＣＰ入力部３０４１が備えられている点である。

指定高さのＧＣＰ入力部３０４１は、指定高さのＧＣＰ３０１０の画素の座標に含まれる散乱体の高さを入力する。この指定高さのＧＣＰ３０１０の画素の座標のデータに含まれる散乱体の高さのデータは、指定高さの散乱体抽出画像入力部１０９１で入力する指定高さの散乱体の抽出画像１０８０にそれぞれ対応している。

図２７に基づき、実施の形態３に係るＳＡＲ画像の同一高さ散乱体抽出部３０００の動作について説明する。図２７は、実施の形態３に係るＳＡＲ画像の同一高さ散乱体抽出部３０００の動作を示すフローチャートである。図２７に示すように、実施の形態３に係るＳＡＲ画像の同一高さ散乱体抽出部３０００は大きく４つのステップからなる。このうち、ステップＳＴ２０２０は実施の形態２の図２１に記載の処理であり、ＳＴ１０９０は実施の形態１の図１５に記載の処理であるため、詳細な説明は省略する。

ステップＳＴ３０２０（抽出処理）では、抽出処理部３０２０が、指定高さのＧＣＰ３０１０、地形縞１０６０を基に、指定高さのＧＣＰと同一高さの散乱体を抽出し、指定高さの散乱体抽出画像１０８０を出力する。次に、ステップ３０３０（ＧＣＰの散乱体の高さ情報の有無判断）では、指定高さのＧＣＰ３０１０の画素にある散乱体の高さ情報の有無を判断する。散乱体の高さ情報が有る場合はステップＳＴ３０４０に進み、散乱体の高さ情報が無い場合は同一高さ散乱体抽出部３０００を終了する。

次に、図２８に基づきステップＳＴ３０２０（抽出処理）の処理を詳細に説明する。図２８は、ステップＳＴ３０２０（抽出処理）の処理を示すフローチャートである。実施の形態３では、指定の高さのＧＣＰから直接抽出する位相φｚ０を決定するため、位相抽出処理ステップは、高さ決定ステップ、軌道パラメータ算出ステップ、高さ位相変換ステップが無く、代わりに指定高さＧＣＰ決定ステップ（ＳＴ３０２１）、抽出位相決定ステップ（ＳＴ３０２２）を含む点で実施の形態１の図１２の位相抽出処理と異なる。

ステップＳＴ３０２１（指定高さＧＣＰ決定）では、指定高さのＧＣＰ入力部３０２１でユーザが入力した指定高さのＧＣＰの座標を入力する。ステップＳＴ３０２２（抽出位相決定）では、各ＳＡＲ画像の組み合わせで、ステップ３０２１で選ばれたＧＣＰの座標からその画素の位相の値φｚ０を読み取り、その位相φｚ０を画素抽出部１０７６での抽出する位相φｚ０とする。すなわち、指定高さＧＣＰの座標を入力することにより、ＳＡＲ画像で指定の高さに対する位相φｚ０を、軌道パラメータによる変換の処理なしで直接決定する。

以上のように、複数のベースラインのＳＡＲ画像の干渉位相と振幅を利用し、２つのＳＡＲ画像の組み合わせごとに、高さに対する位相のピクセルを選択しているので、同一高さの散乱体を抽出することができる。指定高さのＧＣＰ３０１０の散乱体の高さが未知である場合は、同一高さ散乱体抽出部３０００では指定高さのＧＣＰ３０１０と同じ高さの散乱体のみを抽出する効果となる。一方、指定高さのＧＣＰ３０１０の散乱体の高さが既知である場合は、その高さごとに指定高さ散乱体抽出画像１０８０を並べて合成するので、実施の形態１、実施の形態２の効果と同様、３次元のＳＡＲ画像を得ることができる。

また、ＳＡＲ画像の複数の高さのＧＣＰを複数使っているため実施の形態１、実施の形態２と違い、指定の高さを抽出する位相φｚ０に変換する軌道パラメータの算出が必要なく、センサの軌道の位置情報は使用せずに処理することができる。

すなわち、本実施の形態３に係る合成開口レーダ信号処理装置１において、前記抽出処理部１０７０は、高さが既知の散乱体を表す少なくとも１つの画素を選択し、前記選択された画素に含まれる前記高さが既知の散乱体と同じ高さの散乱体を抽出することを特徴とする。特に、前記少なくとも１つの画素はＧＣＰの画素として構成することができる。このような構成により、合成開口レーダ信号処理装置１は、センサの軌道の位置情報は使用せずに指定された高さのＳＡＲ画像を抽出することができる。

１：合成開口レーダ信号処理装置、１０００：３次元画像生成部、１０１０、１０１１、１０１２：ＳＡＲ画像、１０２０：ＧＣＰ、１０３０：軌道座標、１０４０：散乱体高さ、１０５０：干渉位相処理部１０５０、１０５１：ＳＡＲ画像入力部、１０５２：相関判定部、１０５３：位相差算出部、１０５４：軌道座標入力部、１０５５：軌道縞算出部、１０５６：位相減算部、１０５７：ＧＣＰ入力部、１０５８：バイアス除去部、１０６０：地形縞、１０７０：抽出処理部、１０７１：軌道座標入力部、１０７２：軌道パラメータ算出部、１０７３：散乱体高さ入力部、１０７４：位相算出部、１０７５：地形縞入力部、１０７６：画素抽出部、１０８０：指定高さの散乱体抽出画像、１０９０：信号合成処理部、１０９１：指定高さの散乱体抽出画像入力部、１０９２：フォアショートニング補正部、１０９３：データ合成部、１０９４：データ合成部、１１００：３次元ＳＡＲ画像、１２００：散乱体の高さ推定部、２０００：３次元画像生成部、２０１０：オフナディア角、２０２０：干渉位相処理部１０５０、２０２１：軌道縞周期算出部、２０２２：フーリエ変換部、２０２３：ＢＰＦ部、２０２４：逆フーリエ変換部、２０３０：軌道縞周期、２０４０：抽出処理部、２０４１：軌道縞周期入力部、２０４２：オフナディア角入力部、２０４３：軌道パラメータ算出部、３０１０：指定高さのＧＣＰ、３０２０：抽出処理部、３０２１：指定高さのＧＣＰ入力部、３０２２：抽出位相決定部、３０３０：ＧＣＰ高さデータ判断部、３０３１：指定高さのＧＣＰ入力部、３０３２：指定高さの散乱体抽出画像入力部、３０３３：高さデータ有無判定部、３０４０：信号合成処理部、３０４１：指定高さのＧＣＰ入力部

Claims (9)

1. 第１のベースライン長を有する２つのセンサそれぞれで生成される第１の２つの合成開口レーダ画像を用いて該第１の２つの合成開口レーダ画像上の同じ散乱体を表す２つの画素に含まれる信号の相対位相を複数の画素に対して表した第１の地形縞及び、第２のベースライン長を有する２つのセンサそれぞれで生成される第２の２つの合成開口レーダ画像を用いて該第２の２つの合成開口レーダ画像上の同じ散乱体を表す２つの画素に含まれる信号の相対位相を複数の画素に対して表した第２の地形縞を算出する干渉位相処理部と、
   特定の高さの散乱体に相当する前記第１の地形縞での位相を示す第１の特定位相及び前記特定の高さの散乱体に相当する前記第２の地形縞での位相を示す第２の特定位相を算出する位相算出部、前記干渉位相処理部で算出された前記第１の地形縞及び前記第２の地形縞の中から前記第１の地形縞で前記第１の特定位相となりかつ前記第２の地形縞で前記第２の特定位相となる前記特定の高さに相当する画素を抽出する画素抽出部、を含む抽出処理部と、
   を備えたことを特徴とする合成開口レーダ信号処理装置。
2. 前記特定の高さは、前記第１のベースライン長と前記第２のベースライン長のうち短いベースライン長を有する２つのセンサのみで測定な可能な高さより高い、
   ことを特徴とする請求項１に記載の合成開口レーダ信号処理装置。
3. 前記干渉位相処理部は、前記第１または前記第２の２つの合成開口レーダ画像上で高さが既知で同じ高さを有する散乱体を表す少なくとも３つの画素を選定し、前記少なくとも３つの画素に含まれる信号の位相が前記２つの合成開口レーダ画像上で同じとなるように前記２つの合成開口レーダ画像上の画素の位相を補正するバイアス除去部を含む、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の合成開口レーダ信号処理装置。
4. 前記抽出処理部は、前記第１及び前記第２のベースライン長を有する２つのセンサの軌道情報を用いて、前記第１及び前記第２のベースライン長のそれぞれに対応した軌道パラメータを算出する軌道パラメータ算出部を備え、
   前記位相算出部は、前記軌道パラメータ算出部で算出された軌道パラメータを用いて前記第１及び前記第２の特定位相を算出する
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の合成開口レーダ信号処理装置。
5. 前記干渉位相処理部は、
   前記第１及び前記第２の２つの合成開口レーダ画像から軌道縞周期を算出する軌道縞周 期算出部を備え、
   前記抽出処理部は、
   前記軌道縞周期算出部で算出された軌道縞周期と前記合成開口レーダ画像を生成するた めに合成開口レーダから照射された電波のオフナディア角とを用いて、前記第１及び前 記第２のベースライン長のそれぞれに対応した軌道パラメータを算出する軌道パラメー タ算出部を備え、
   前記位相算出部は、該軌道パラメータ算出部で算出された軌道パラメータを用いて前記 第１及び前記第２の特定位相を算出する
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の合成開口レーダ信号処理装置。
6. 前記軌道縞周期算出部は、前記第１または前記第２の２つの合成開口レーダ画像上の２つの画素に含まれる信号の相対位相の空間的な変化の度合いを表す周波数スペクトルの中から周波数成分の電力分布に基づき周波数を選択し、該選択された周波数を前記軌道縞周期の周波数として抽出することを特徴とする請求項５に記載の合成開口レーダ信号処理装置。
7. 前記抽出処理部は、高さが既知の散乱体を表す少なくとも１つの画素を選択し、前記選択された画素に含まれる前記高さが既知の散乱体と同じ高さの散乱体を抽出する
   ことを特徴とする請求項３に記載の合成開口レーダ信号処理装置。
8. 前記第１または前記第２の２つの合成開口レーダ画像上の同じ散乱体を表す２つの画素に含まれる位相の差の時間または空間的なばらつきに基づき、前記２つの画素が１種類の反射信号を含むか、複数の種類の反射信号を含むか、
   を示すことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の合成開口レーダ信号処理装置。
9. 前記特定の高さは複数の高さであり、前記画素抽出部は前記複数の高さのそれぞれに相当する画素を抽出し、
   前記画素抽出部で前記複数の高さの高さごとに抽出された画素を用いて三次元画像を生成する信号合成処理部
   を備えたことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の合成開口レーダ信号処理装置。

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