JP6437925B2 - 多スワスストリップマップｓａｒイメージング - Google Patents

Description

本発明は、合成開口レーダ（ＳＡＲ）全般によるリモートセンシングに関し、特に多スワス（multiple-swath）ストリップマップＳＡＲイメージングのための革新的方法に関する。

地球表面のＳＡＲ画像を生成するための典型的な基準幾何学的配置が、図１に示されている。これに関し、図１において（以下で提示及び説明される後続の図においても）、地球表面は、一般性を失うことなく、図及び説明の便宜及び簡単のため、「平らに」しか示されていない（示されないであろう）という事実を強調したい。

特に、図１は、実質的に一定であると見なされる高度ｈ（地球表面に対して）で飛行方向ｄに沿って移動する合成開口レーダ（説明の簡単のため、以下ではＳＡＲセンサと称する）１０を図示する。知られているように、ＳＡＲセンサ１０の高度ｈは、前記ＳＡＲセンサ１０を通り地球表面及び飛行方向ｄに垂直な天底（nadir）方向ｚ（特にそれはＳＡＲセンサ１０のアンテナの位相中心を通る）に沿って測定される。好都合なことに、ＳＡＲセンサ１０は、例えば、航空機、無人航空機（ＵＡＶ）、又は衛星のような航空／宇宙プラットフォーム（図の簡単のため、図１には示されていない）によって飛行／軌道において運搬される。飛行方向ｄの地上軌跡は、飛行方向ｄに平行で天底方向ｚに垂直なアジマス（azimuth）方向ｘを特定し、クロストラック（cross-track）方向ｙは、天底方向ｚ及びアジマス方向ｘの両方に垂直であり、地球表面に接するｘ−ｙ平面をアジマス方向ｘとともに特定する。使用時には、適切なアンテナ（図の簡単のため、図１には示されていない）によって、ＳＡＲセンサ１０は、レーダパルスを送信し、スラントレンジの特定、並びに、天底方向ｚに対する仰角θ、及び飛行方向ｄに対する（又は等価的にはアジマス方向ｘに対する）、図１に示されたＳＡＲ収集（SAR acquisition）の幾何学的配置においては９０°に等しい、スクイント角（squint angle）φの形成をする、収集方向ｓｒにおいて、対応する後方散乱信号を受信する。

特に、図１に示されたＳＡＲ収集の幾何学的配置は、いわゆるストリップマップモードに関係しており、このモードでは、ＳＡＲセンサ１０はスワス（swath）として知られる地球表面のストリップに、レーダパルスを照射し、そこからの関係する後方散乱信号を受信し、スワスは主にアジマス方向ｘに平行に延び、クロストラック方向ｙに沿って所与の幅Ｗを有する。より明確にするために、図２はｘ−ｙ平面でのストリップモードにおけるＳＡＲ収集の幾何学的配置を示しており、ここでは、どのようにしてスクイント角φが全て同じとなるのかを（特に、図２に示された例では、スクイント角φが全て直角である）目にすることができる。

ＳＡＲ技術は成熟した技術であると考えることができ、実際、今日ではその特性及び可能性を説明する無数の論文、マニュアル、特許、及び特許出願が存在する。この点に関して、以下のものへの参照がなされ得る。

Josef Mittermayerらによる「双方向ＳＡＲイメージングモード（Bidirectional SAR Imaging Mode）」というタイトルの論文、IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, vol. 51, no. 1, 1 January 2013, pages 601-614、これは、説明の簡単のため以下ではＲｅｆ１として示され、双方向ＳＡＲ画像を生成するモードを説明している。

ドイツ特許出願DE 103 19 063 A1、これは、説明の簡単のため以下ではＲｅｆ２として示され、複数のＳＡＲビームを生成するための複数のアンテナエレメントを有する、ＳＡＲアンテナ方法及びシステムに関する。

A. Currieらによる「広観測幅ＳＡＲ（Wide-swath SAR）」というタイトルの論文、IEE Proceedings of Radar and Signal Processing, vol. 139, no. 2, 1 April 1992, pages 122-135、これは、説明の簡単のため以下ではＲｅｆ３として示され、ＳＡＲによって観測可能なスワスを広くする様々な方法を説明している。

G. Kriegerらによる「高分解能広観測幅ＳＡＲイメージングのための先進の発想（Advanced Concepts for High-resolution Wide-Swath SAR Imaging）」というタイトルの論文、8th European Conference on synthetic Aperture Radar, 7 June 2010, pages 524-527、これは、説明の簡単のため以下ではＲｅｆ４として示され、高分解能広観測幅ＳＡＲ画像を生成するマルチチャネルＳＡＲシステムに関する様々な発想を提示している。

J. C. Curlander及び R. N. McDonoughによる「合成開口レーダ：システム及び信号処理（Synthetic Aperture Radar: Systems and signal Processing）」というタイトルの本、Wiley Series in Remote Sensing, Wiley-interscience , 1991、これは、説明の簡単のため以下ではＲｅｆ５として示され、ＳＡＲシステムについてのマニュアルである。

G. Franceschetti及び R. Lanariによる「合成開口レーダ処理（Synthetic aperture radar Processing）」というタイトルの本、 CRC Press, March 1999、これは、説明の簡単のため以下ではＲｅｆ６として示され、ＳＡＲシステムについての他のマニュアルである。

知られているように、ストリップマップモードにおけるＳＡＲ収集のアジマス分解能は、ＳＡＲセンサによってターゲットが観測される際に用いられる開口角（又は角度差 − デルタ角）の関数であり、等価的に、アジマス分解能は、ターゲットが観測されるのに用いられるＳＡＲセンサの速度に関係する時間差（デルタ時間）の関数としても見られ得る。特に、アジマス分解能は、次の等式（より詳しくは、Ｒｅｆ３、Ｒｅｆ５、及びＲｅｆ６を参照されたい）によって表され得る。

ここで、resはアジマス分解能を示し、λはＳＡＲセンサによって用いられる波長を示し、delta_angleはＳＡＲセンサによってターゲットが観測される際に用いられる開口角（又は角度差 − デルタ角）を示す。

角度をアンテナ（=0.886λ/L、LはＳＡＲセンサのアンテナのアジマス方向の物理的又は等価的な長さを示す）の３dB開口（片方向）と仮定すると、ストリップマップモードのアジマス分解能に従来から関連付けられた制約を得ることができ、それはL/2に等しい（より詳しくは、Ｒｅｆ３、Ｒｅｆ５、及びＲｅｆ６を参照されたい）。

現在のところ、アジマス分解能を向上させるために非常に広いアンテナビームが用いられており、これらのビームは、小サイズ又は照射範囲不足（under-illuminated）のアンテナを用いて、等価的なサイズを小さくするような振幅及び／又は位相変調を用いて、又は、いわゆるスポットライトモードを用いることによって得ることができ、その収集ロジックが図３に図示されている。

特に、図３に示されているように、スポットライトモードにおけるＳＡＲ収集ロジックは、同一の関心のある領域をレーダパルスで照射してそこから関連する後方散乱信号を受信するように、ＳＡＲセンサ１０の飛行による移動中にアンテナビームの連続又は準連続ステアリングを行うこと（スクイント角φの値を動的に調整することによって）を想定しており、このようにして前記関心のある領域におけるＳＡＲセンサ１０の持続時間を増加させて、アジマス分解能を向上させる。

アジマス分解能の向上のために使われる上述の手法は両方とも、短所を有する。特に、非常に広いアンテナビームの使用には、非常に大きな送信電力を使う必要があり、一方、スポットライトモードは、スワスのアジマス方向の長さに制限を生じさせる。

文献に示されているように、動作モードのパラメータを結びつける数学的関係が存在する。特に、アジマスサンプリングは、送信／受信パルス繰り返し周波数（ＰＲＦ）がビームのサイズ及びＳＡＲセンサの速度に結びつけられることを規定する（より詳しくは、Ｒｅｆ３、Ｒｅｆ５及びＲｅｆ６を参照されたい）。すなわち、

ここで、αは所望のレベルのアンビギュイティに依存するパラメータであり、νはＳＡＲセンサの速度を示し、ＬはＳＡＲセンサのアンテナのアジマス方向に沿った物理的又は等価的な長さを示す。

ＰＲＦの値は、レンジ方向の測定エリア（スワス）の広がりを制限する（より詳しくは、Ｒｅｆ３、Ｒｅｆ５及びＲｅｆ６を参照されたい）。すなわち、

ここで、ΔＲはレンジ方向の測定エリア（スワス）の広がりを示し、τは送信パルスの時間間隔（又は持続時間）を示し、ｃは光速を示す。

ＳＡＲシステムの性能を最大限に利用するために、ストリップマップモード及びスポットライトモードに加えて、ＳＡＲセンサの使用のために長年の間にさまざまな他の技術が提案されて来ており、それらは３つの主なモードに分類することができる。すなわち、
・バーストモード
・空間分割モード、及び
・角度分割モード
である。

主要なバーストモードは、スキャンＳＡＲ（ScanSAR）モードであり、これは時間を同期バーストに分割する（すなわち、規則的な比率で）。アジマススペクトラムが正しく（より詳しくは、Ｒｅｆ３、Ｒｅｆ５及びＲｅｆ６を参照されたい）、しかしより短い時間（したがってより小さなデルタ角）の間サンプルされるように、各バーストにおいてアンテナの公称（nominal）ＰＲＦでのシーン部分（scene portion）が取得される。この時間分割により、後続のバーストにおいて、レンジ方向にスワスを増大させるために他の方向に、ビームの切り替えが可能になる。実際には、「アジマス時間」はＮ_ｂ個のバーストに分割され、各バーストで異なるストリップが取得される。このモードの最大の禁忌は、取得されたデルタ角を減少させることによりアジマス分解能が低下するものである。特に、ストリップに「穴」がないことを保証する、連続してカバーするという制約は、最善のアジマス分解能は所定値より小さく（つまり、所定値よりよく）はなり得ないということを含意する（より詳しくは、Ｒｅｆ３、Ｒｅｆ４、Ｒｅｆ５及びＲｅｆ６を参照されたい）。特に、

が得られる。ここで、res_ScanSarはスキャンＳＡＲ分解能を示し、res_Stripはストリップマップ基準分解能（すなわち、Ｌ／２）を示す。

ＴＯＰＳモード（より詳しくは、Ｒｅｆ４を参照されたい）は、バーストモードの１つとも考えられている。このモードは、アジマスステアリング能力を利用し、スポットライトモードとは反対の方向にスキャンすることが必要であり、つまり、再センタリング（re-centring）というよりむしろスイープに相当する。すなわち、各バーストにおいて、初期アジマスステアリングは、ＳＡＲセンサが後方を「見て」、その後バーストの最後で前方に向くことを確実にする。これは、従来のスキャンＳＡＲモードとは異なり、各ターゲットがアンテナパターンの全体によって照射されることを確実にし、これは、放射応答（radiometric response）及びアジマスアンビギュイティを一様にすることを可能にする。規定されたスキャンＳＡＲモードで起きるように、ＴＯＰＳモード（これはバーストモードでもある）でも、ターゲットはストリップマップモードの典型的なデルタ角より小さなデルタ角（又はデルタ時間）を用いてセンサによって常に監視される。ＴＯＰＳモードもスキャンＳＡＲ（従来のスキャンＳＡＲと比較して異なる等式／制約を有していても）と同様に、ストリップマップモードと比較してアジマス分解能を低下させるという代償を払ってスワスをレンジ方向に広げることを可能にする。これらの概念は、Ｒｅｆ４に概括されており、そのイントロダクションにおいて、「例は、アジマス分解能の低下という代償を払って広観測幅（wide swath）を可能にするスキャンＳＡＲ（又はＴＯＰＳ）モード、及び、衛星の軌跡に沿って画像が非連続になるという代償を払ってアジマス分解能を向上させることを可能にするスポットライトモードである」と述べられている。

先に見たように、広観測幅と高分解能とを有するようにする要求は、互いに対立している。一方では、低いＰＲＦは、トラックと交差するエレベーション面において幅広のシーンを収集するために「より長い時間」を有するためには好ましく、一方、広いアンテナビームはアジマス分解能を向上させるために好ましい。しかし、この最後の特性は高いＰＲＦを必要とし、そのため、最初の要求と対照をなす。これらの問題を克服するために、例えばＤＰＳ（Displaced Phase Centres）技術（より詳しくは、Ｒｅｆ３及びＲｅｆ４を参照されたい）のような、空間分割モードを使用する技術が過去に提案されて来ており、これには複数の受信アンテナの使用が必要である。これは、複数のＳＡＲセンサを使用することによって、又は単一のアンテナを分割し、複数の受信システムを使用することによって、達成することができる。すなわち、広いビームを送信し（小アンテナサイズＬ）、アジマス方向に沿って配置されたＭ個のアンテナ（送信に用いられたアンテナと同様に小サイズの）で同時に受信する。複数の受信エレメントを用いると、より多くの数のアジマスサンプルを有すること、従ってより低い物理ＰＲＦ（より詳しくは、Ｒｅｆ３及びＲｅｆ４を参照されたい）を用いることが可能になる。この技術の最大の禁忌は、複雑性であり、実際、この技術では、Ｍ個の受信機とＭ個の「小」アンテナ（又はＭ個のサブブロックに分割された大きなアンテナ）とを同時に用いることが必要であり、従って生成結果（product）における十分な感度を得るためには大きな送信電力が必要である。更に、文献は、アンビギュイティのレベルに対する影響とともに、Ｍ個の位相中心の情報の誤差に対する感度に関して、アルゴリズムレベルでいくつかのクリティカルな部分（critical area）を指摘している。高分解能広観測幅（ＨＲＷＳ：High Resolution Wide-Swath）技術のような、これらのクリティカルな部分を縮小しようとする変形が、文献には存在する。これは、ビームに仰角方向に「追従」するために仰角方向に分割し、それによって、指向性、従って生成結果の感度を向上させることも想定している。

角度分割モードを使用する技術の目的は、空間分割モードを使用する技術の目的に類似しているが、異なる方向においてサンプリングすることによって更なるサンプルが収集される。特に、２つの主なロジックが存在する。すなわち、仰角方向の角度分割及びアジマス方向の角度分割である。

仰角方向の角度分割（これに関しては、例えばＲｅｆ４で説明されているＭＥＢ（Multiple Elevation Beam）技術が参照され得る）は、複数のアンテナ／受信システム、及び単一の送信機（広観測幅の）、又はより多くの指向性送信（より詳しくは、Ｒｅｆ３及びＲｅｆ４を参照されたい）での同時収集を想定する。このようにして、ストリップマップモードにおいて公称アジマス分解能（おおよそＬ／２）で複数の収集が行われる。レンジ方向のアンビギュイティの問題を小さくするために、文献は個々のビームを仰角方向に細めること（squinting）を提案する。

これに代えて、アジマス方向の角度分割（これに関しては、例えばＲｅｆ３に説明されているＳＰＣＭＢ（Single Phase Centre MultiBeam）技術が参照され得る）は、単一の広いビームによる送信、及びＭ個のより狭いビームによる同時受信を想定している。このようにして、広いビームが得られるが（分解能を向上させる）、スポットライトモードと同様に、単一の受信チャネルが異なる角度部分を正しくサンプルする。これらのチャネルはその後、Ｍ倍の大きさの合成デルタ角を得るために、処理中に再結合され、その結果、分解能を向上させる（より詳しくは、Ｒｅｆ３及びＲｅｆ４を参照されたい）。概して、アジマス方向の角度分割技術は、アンビギュイティのレベルに関して多くのクリティカルな部分を有しており、実際、送信アンテナの横方向ローブと単一の受信アンテナの横方向ローブとは相互に影響し合い、アンビギュイティのレベルを上昇させる。

この場合においても、角度分割技術の最大の禁忌は、複雑なものであり、実際、これらの技術では、Ｍ個の受信機とＭ個の「小」アンテナ（又はＭ個のサブブロックに分割された大きなアンテナ）とを同時に用いることを意図しており、従って生成結果における十分な感度を得るためには大きな送信電力が必要である。

空間分割及び角度分割の概念はＲｅｆ４によく概括されており、これのセクション２において、「マルチチャネルのレーダ受信機を、開口が小さく地表の広い領域を照射する送信機と組み合わせることによって、アジマス分解能対広観測幅の観測範囲というジレンマを、いくつかの提案は解決する。例としては、スクイントされたマルチビームＳＡＲ…、ＤＰＣＡ（displaced phase centre antenna）技術…、４アレイＳＡＲシステム…、及びＨＲＷＳ（High-Resolution wide-swath）ＳＡＲ技術がある。」と記載されている。

目的は異なっていても、双方向ＳＡＲイメージングモード（ＢｉＤｉ、更に詳細には、Ｒｅｆ１を参照されたい）も、角度分割技術の１つと見なされるべきである。フェーズドアレイアンテナのアジマスグレーティングローブを利用することにより、又は異なる時間に動作することにより、このモードは２つの異なる画像を同時に収集する。１つは前方のシーンに関し、他方は後方のシーンに関する。アジマスの角度差は時間差に対応し、すなわち、異なる時間に見られる同じシーンであり、したがって画像を比較することによってシーン中の移動物体を識別することが可能である。この技術は、２つの収集がアジマスにおいて角度が分離されていることを期待しており、すなわち、より高い分解能の画像を復元するために２つのチャネルのデータを結合することは不可能である。

Ｒｅｆ１の結論においては、「ＢｉＤｉ短期間系列は、差分及び速度検出に使用することができる。…速度検出の点でのＢｉＤｉイメージングモードの可能性は、将来の研究の題材である。更なる可能性のあるＢｉＤｉの応用には、広く分離したドップラースペクトラムを利用することによるトラックに沿った変位の高精度測定が含まれる。」と記載されている。

最後に、ＳＡＲ技術は別のタイプのアンテナを用いても発展し得るが、使用上最も自由度があるのはいわゆる「フェーズドアレイ」タイプであり、これにより収集方向の素早い切り換えが可能になる。例えば、Ｒｅｆ２に説明されているアンテナのような、他のタイプのアンテナも使用され得る。

本発明の目的及び概要
本発明の目的は、いくつかのスワスを観測することを可能にするストリップマップＳＡＲイメージング方法を提供することである。

上述の目的は、添付の特許請求の範囲に規定されているように、ＳＡＲイメージング方法及びＳＡＲシステムに関する限り、本発明によって達成される。

特に、本発明によるＳＡＲイメージング方法は、航空又は衛星プラットフォームによって運搬され、単一の分割されていないアンテナと前記単一の分割されていないアンテナに結合された単一の受信機とを有する合成開口レーダによって、地球表面の領域のストリップマップモードにおけるＮ回のＳＡＲ収集を行い、Ｎは１より大きい整数である。

ストリップマップモードにおける各ＳＡＲ収集は、前記合成開口レーダの飛行方向に対するそれぞれのスクイント角を用いて行われ、前記それぞれのスクイント角は、前記ストリップマップモードにおける他のＮ−１回のＳＡＲ収集を行うために用いられるスクイント角と等しく、又は異なる。

ストリップマップモードにおける各ＳＡＲ収集は、前記合成開口レーダの天底（nadir）に対するそれぞれの仰角を用いて行われ、前記それぞれの仰角は、前記ストリップマップモードにおける他のＮ−１回のＳＡＲ収集を行うために用いられる仰角とは異なり、それによって、ストリップマップモードにおける各ＳＡＲ収集は、行われた前記ストリップマップモードにおける他のＮ−１回のＳＡＲ収集によって観測されるスワスとは異なる地球表面のそれぞれのスワスに関係付けられることになる。

更に、行われたストリップマップモードにおける各ＳＡＲ収集は、それぞれのレーダ送受信動作を含み、前記それぞれのレーダ送受信動作が、
・前記行われたストリップマップモードにおける他のＮ−１回のＳＡＲ収集の、単一のレーダ送受信動作又はレーダ送受信動作のグループに関して、個別に又はグループごとに時間インターリーブされ、
・前記ストリップマップモードにおけるＳＡＲ収集に用いられる、前記それぞれのスクイント角によって及び前記それぞれの仰角によって規定されるそれぞれの収集方向におけるそれぞれのレーダビームの送受信を含み、それによって、前記それぞれの収集方向は、互いに平行になり、前記行われたストリップマップモードにおける他のＮ−１回のＳＡＲ収集の収集方向には平行ではなくなる。

前記方法は更に、行われたストリップマップモードにおける各ＳＡＲ収集に基づいて、前記ストリップマップモードにおけるＳＡＲ収集によって観測されたそれぞれのスワスの領域のＳＡＲ画像を生成することを更に含む。

特に、前記生成されたＳＡＲ画像は全て、前記合成開口レーダの前記単一の分割されていないアンテナのアジマス方向に沿った物理的又は等価的な長さの半分に等しい１つの同一のアジマス分解能を有する。

本発明をよりよく理解するために、非限定的な例によって提供されるいくつかの好ましい実施形態を、添付の図面（縮尺は一定ではない）を参照してこれから説明する。
図１は、ストリップマップモードにおけるＳＡＲ画像のための典型的な収集の幾何学的配置を図示する。 図２は、ストリップマップモードにおけるＳＡＲ画像のための典型的な収集の幾何学的配置を図示する。 図３は、スポットライトモードにおけるＳＡＲ画像のための典型的な収集の幾何学的配置を図示する。 図４は、本発明の第１の局面による、ストリップマップモードにおけるＳＡＲ収集のためのロジックの例を図示する。 図５は、本発明の第２の局面による、ストリップマップモードにおけるＳＡＲ収集技術の実行における、第１収集方策の適用の効果を図示する。 図６は、本発明の第２の局面による、ストリップマップモードにおけるＳＡＲ収集技術の実行における、第１収集方策の適用の効果を図示する。 図７は、本発明の第２の局面による、ストリップマップモードにおけるＳＡＲ収集技術の実行における、第２収集方策の適用の効果を図示する。 図８は、本発明の第２の局面による、ストリップマップモードにおけるＳＡＲ収集技術の実行における、第２収集方策の適用の効果を図示する。

以下の説明は、当該分野の専門家に本発明を具体化し、使用することができるようにするために提供される。示された実施形態に対するさまざまな修正は、専門家には直ちに明らかであり、ここに説明された一般的な原理は、本発明の保護の範囲を逸脱することなく、他の実施形態及び応用に適用され得る。

よって、本発明は、ここに説明及び提示された実施形態のみに限定されることは意図されておらず、本発明には、ここに開示され添付の請求項に規定された原理及び特徴と矛盾しない最も広い範囲が認められるべきである。

本発明は、ＳＡＲセンサで使われるアンテナのステアリング能力（steering capability）を従来にはない方法で利用するという出願人の洞察に由来している。出願人は、その後、ＳＡＲセンサの送受信特性をタイムシェアリングで利用する、マルチビーム及び複数時点のＳＡＲ収集技術を考え出した。

特に、本発明が基づいている着想は、ストリップマップモードにおけるＳＡＲ収集を、ストリップマップモードにおけるＮ回の基本的な収集に分割し（Ｎ＞１）、各セットがそれぞれのスワスに関係するＮセットのＳＡＲ画像を得るために（つまり、同一のアジマス分解能を有するＮ個の別個のスワスを観測するために）、それらを結合する、という着想である。

詳しくは、本発明の第１の局面は、Ｎ個の異なるスワスを観測するために、Ｎ個の異なる仰角を用いてＮ回の異なるＳＡＲ収集を行うことに関する。

特に、本発明の第１の局面が基づいている着想は、２つの連続する送信パルス間の時間を表すパルス繰り返し間隔（ＰＲＩ）レベルでインターリーブされたいくつかのＳＡＲ収集、特にアンテナの収集仰角方向がＰＲＩレベルで変化するＳＡＲ収集を行うという着想である。これを行うために、使用されるＳＡＲセンサのアンテナに関連付けられた公称パルス繰り返し周波数のＮ倍の高さのパルス繰り返し周波数（ＰＲＦ、ＰＲＦ＝１／ＰＲＩ）が使用される。説明の明瞭のために手短に図１に戻ると、仰角は、ＳＡＲセンサのアンテナの指向方向ｓｒとＳＡＲセンサの天底方向ｚとの間の角θである。

ＰＲＦをＮ倍に増加させることによって、Ｎ個の異なるストリップで利用可能な時間はＮ分の１になり、このため、一般的に、ストリップはＮ分の１に縮小したスワスを有することになる。しかし、観測されたＮ個の異なるスワスを一緒に「加える」ことによって、古典的なストリップマップモードの典型的なスワスサイズをそれでもなお得ることができる。個々のストリップはＮ分の１に小さくなっているので、仰角においてＮ倍の大きさのアンテナを使用することが可能であり、それによって生成結果の指向性、すなわち、感度が向上する。一般に、アンテナはより効果的に利用することができる。

更に、ＰＲＦをＮ倍に増加させることによって、Ｎ回のストリップマップ収集を行うことができ、それぞれはアンテナサイズに適合したＰＲＦを用いる（このように、アジマスアンビギュイティ値は変わらない）。

上述の本発明の第１の局面によるストリップマップモードにおけるＳＡＲ収集技術は１より大きな一般的な整数Ｎを用いて使用され得るが、以下では説明の簡単のため、一般性を失うことなく、例はＮ＝２の場合について示され、Ｎ＝２の場合に関して以下で説明される概念は１より大きな一般的な整数Ｎの場合にも準用して適用され得る、と理解される。

本発明の第２の局面をよりよく理解するために、図４は、Ｎ＝２かつ衛星への応用の場合における、本発明の第１の局面によるストリップマップモードにおけるＳＡＲ収集のロジックの例を図示する（このＳＡＲ収集ロジックは、好都合なことに、例えば航空機、ＵＡＶ、又はヘリコプターのような航空プラットフォームの場合においても使用され得る、ということが理解される）。

特に、図４（この図では、使用された直交基準系（Cartesian reference system）は、図１〜３のために先に導入された系に実質的に対応する）は、飛行方向ｄに沿って移動しＳＡＲセンサ（図の簡単のため、図４には示されていない）が備え付けられた衛星３０を示しており、更にはこの衛星には、単一の受信機（図の簡単のため、図４には示されていない）に結合され所与の公称パルス繰り返し周波数ＰＲＦ_ｎｏｍに関連付けられた、単一の分割されていないアンテナ（図の簡単のため、図４には示されていない）が備え付けられている。

図４に示された例において、ＳＡＲセンサは、時間間隔ＰＲＩ_ｏｐ＝１／（２ＰＲＦ_ｎｏｍ）で連続パルスを送信するように、アンテナの公称パルス繰り返し周波数ＰＲＦ_ｎｏｍの２倍の動作パルス繰り返し周波数ＰＲＦ_ｏｐ（すなわち、ＰＲＦ_ｏｐ＝２ＰＲＦ_ｎｏｍ）で使用される。特に、図４に示されているように、衛星３０に搭載されたＳＡＲセンサは第１仰角を用いて一連の第１ＳＡＲ収集を行い、第２仰角を用いて一連の第２ＳＡＲ収集を行う。その際、第１及び第２ＳＡＲ収集はＰＲＩレベルでインターリーブされ（すなわち、第１ＳＡＲ収集は、第２ＳＡＲ収集と常に交互に行われる）、第１及び第２仰角は互いに異なる。言い換えると、第１ＳＡＲ収集が第１仰角を用いて行われ、その次に時間間隔ＰＲＩ_ｏｐ＝１／ＰＲＦ_ｏｐ＝１／（２ＰＲＦ_ｎｏｍ）で、第２ＳＡＲ収集が第２仰角を用いて行われ、その次に常に時間間隔ＰＲＩ_ｏｐ＝１／ＰＲＦ_ｏｐ＝１／（２ＰＲＦ_ｎｏｍ）で、第１ＳＡＲ収集が第１仰角を用いて行われる等、常に、異なる収集の間に期間ＰＲＩ_ｏｐ＝１／ＰＲＦ_ｏｐ＝１／（２ＰＲＦ_ｎｏｍ）の間隔をあけ、かつ、第１ＳＡＲ収集の実行を第２ＳＡＲ収集の実行と交互に行う。このように、衛星３０に搭載されたＳＡＲセンサは、２つの別個のスワスを観測することができる（図４に示されているように）。

同一のスワスに関する収集はアンテナの公称パルス繰り返し周波数ＰＲＦ_ｎｏｍを用いて行われる、すなわち、第１ＳＡＲ収集はアンテナの公称パルス繰り返し周波数ＰＲＦ_ｎｏｍを用いて行われ、第２ＳＡＲ収集もアンテナの公称パルス繰り返し周波数ＰＲＦ_ｎｏｍを用いて行われる、ということに注意することが重要である。このように、アジマスアンビギュイティ値は変化しない。

更に一般的に、使用される動作パルス繰り返し周波数ＰＲＦ_ｏｐは、必要とされる／公称ＰＲＦ_ｎｏｍのＮ倍（図４の例では２倍）の大きさであり、個々の収集では公称ＰＲＦが用いられ、従って生成結果の全ての品質パラメータは変更されないままである。どの点から見ても、本発明の第１の局面によるストリップマップモードにおけるＳＡＲ収集技術は、スワスを縮小サイズ（およそ１／Ｎ）のＮ個のスワスにレンジ方向に分割することを、例えばアジマス分解能のような他のパラメータを変更することなく可能にする。

全てのＮ回のＳＡＲ収集は同じスクイント角を用いて実行され得る、又は、各収集のために標準のストリップマップの積分時間に等しい積分時間を得るために、各ＳＡＲ収集は、他のＮ−１回のＳＡＲ収集の実行に使用されたスクイント角とは異なるそれぞれのスクイント角を用いて実行され得る。

したがって、本発明の第１の局面によるストリップマップモードにおけるＳＡＲ収集の技術は、中程度の広さであってエレベーション面において互いに分離している領域に興味がある２人（一般的な場合にはＮ人）のユーザにサービスを提供することを可能にする。従来のストリップマップ技術であれば、これらの要求は衝突し、従って彼らに同時にサービスを提供することは不可能である。

画像品質パラメータを変えないために、本発明の第１の局面による技術で用いられるＰＲＦは、アンテナの固有（natural）ＰＲＦより大きい。ＰＲＦを増加させることによって、取得され得るスワスはレンジ方向に小さくなる。よって、本発明の第２の局面は、生成結果に対する影響を制御し、引き起こされた劣化を管理するために、増加したＰＲＦを使用しない、又はどのような場合においてもＰＲＦがＮ倍に増加しない、ストリップマップモードにおけるＳＡＲ収集の技術に関する。

特に、本発明の第２の局面は、ＰＲＩレベルではインターリーブされない、いわゆるバーストモードストリップマップ技術に関し、すなわち、Ｎ回のストリップマップ収集が、ＰＲＩレベルでアンテナの仰角における収集方向を変化させることによってではなく、ＰＲＩブロックにおいてアンテナの仰角における収集方向を変化させることによって行われる。

具体的には、本発明の第２の局面は、Ｎ回のストリップマップ収集が、ＰＲＦを増加させることなく、アンテナの仰角における収集方向、すなわち、使用される仰角をＰＲＩブロックにおいて変化させることによって行われる、バーストモードストリップマップ技術に関する。

本発明の第２の局面による、ＰＲＦが増加せず仰角が変化するバーストモードストリップマップ技術は、スワスをレンジ方向に拡張することを可能にし、これを２倍にまで拡張することすら可能にする。

収集を２つ（一般的な場合にはＮ個）に分けるために、使用されるアンテナの固有公称ＰＲＦを使用することを前提として、収集方法に「穴」が導入される。これらの穴が周期的な特性を有していない場合には、全ての横方向のローブを広い範囲にわたって上昇させる、という影響があるであろう。すなわち、ＩＳＬＲ（Integrated Side Lobe Ratio）パラメータが悪化するが、ＰＳＬＲ（Peak Side Lobe Ratio）は悪化しない。反対に、２つ（一般的な場合にはＮ個）のタイプの収集に周期的実行バターンを使用することによって、既知の位置にエコーの対が生成される。必要に応じて、さまざまな解決策を選択することができ、その後所与のパターンが収集ロジックに適用される。より少数のサンプルが積分されるので、生成結果のＮＥＳＺ（Noise Equivalent Sigma Zero）パラメータは低下することになる。

例として、図５及び図６は、本発明の第２の局面による、ＰＲＦが増加しないバーストモードストリップマップ技術を用いたＮ個のタイプの収集の周期的実行パターンの適用の効果を示し、一方、図７及び図８は、本発明の第２の局面による、ＰＲＦが増加しないバーストモードストリップマップ技術を用いたＮ個のタイプの収集のランダム実行パターンの適用の効果を示す。

本発明の第１の局面による技術に対して、第２の局面による技術は、アンテナビームの切り換えがかなり低い頻度で生じるので、技術的な制約が少ない。

手短にまとめると、本発明は、
・同一のアジマス分解能を有するＮ個の分離したスワスを観測するために（特に、Ｎ個のスワスのそれぞれは、従来のストリップマップモードの公称アジマス分解能（すなわち、Ｌ／２）で観測される）、Ｎ倍に増加したＰＲＦを使用すること、及び、ＰＲＩレベルでＮ個の異なる仰角をインターリーブして使用すること、
・同一のアジマス分解能（特に、各スワスは従来のストリップマップモードの公称アジマス分解能（すなわち、Ｌ／２）で観測される）でスワスをレンジ方向にＮ倍に拡大するために（すなわち、Ｎ個のスワスの観測を可能にし、そのそれぞれは従来のストリップマップモード収集によって観測されるスワスのサイズと同等のサイズを有する）、増加しないＰＲＦを使用すること、及び、Ｎ個の異なる仰角をバースト使用すること、
に関する。

本発明は、Ｎ個の「連続した」ストリップマップ収集を実行することを可能にし（すなわち、従来のストリップマップモードの積分時間に等しい積分時間で）、それによって、各スワスについて、従来のストリップマップモードの公称最大アジマス分解能（すなわち、Ｌ／２）を得ることを可能にする、という事実を強調することは重要である。特に、本発明の第１の局面によると、各収集は、用いられたＳＡＲセンサのアンテナの公称ＰＲＦで実行される。

結論として、本発明は、これに反していくつかのスワスを同時に観測することを可能にしない従来のスポットライト及びストリップマップ技術とは異なり、ＳＡＲセンサの飛行方向に垂直な方向に隣接しない領域を同時に収集することを可能にするマルチビーム収集ロジックを利用する。

したがって、本発明は、既に生産されたシステムのために生成結果の範囲を広げるだけではなく、とりわけ、新たなＳＡＲシステムの設計のための新手法を導入する。

最後に、本発明を従来のスポットライトモード及びストリップマップモードと比較して来た後に、先に説明した高分解能広観測幅ＳＡＲ画像生成の既知の技術からの主な違いも説明する。

特に、本発明とは異なり、バースト技術（例えば、スキャンＳＡＲ及びＴＯＰＳ）は、レンジ方向にスワスを大きくするために、アジマス分解能の低下を想定する。

本発明は単一の受信チャンネルで（すなわち、単一の受信機で）機能するが、本発明とは異なり、空間分割技術（例えば、ＤＰＣ及びＨＲＷＳ）及び角度分割技術（例えば、ＭＥＢ及びＳＰＣＭＢ）は、同時受信のためにＭ個のシステムの使用を想定し、また、小さなアンテナ（典型的には、アンテナはＭ個のより小さなアンテナに分割される）の使用も想定する。

Ｒｅｆ１に記載されたＢｉＤｉモードは、移動目標同定（ＭＴＩ：Moving Target Identification）の目的という、異なる目的を有しており、したがって、レンジ方向にいくつかのスワスを観測するという目的は有していない。その上に、収集の幾何的な配置が本発明のものとは異なっており、ビーム切換えは、実際にはエレベーション面ではなくアジマス面で生じている。

更に、Ｒｅｆ２は、アンテナレベルの実現ロジックを備えており、本発明のような収集ロジックは備えていない、ということにも注意すべきである。加えて、Ｒｅｆ２の図３から推測できるように、収集は、アンテナのスワスに関してかなりの間隔で離れており、反復性があるという特性を有している。バーストは、アンテナの固有周波数（ＰＲＦ）でのアジマススペクトラムの連続的なサンプリングを保証せず、すなわち、同じスワスに関してバーストには時間的連続性は存在せず、したがって、本発明によって想定されるものとは異なり、最良の達成可能なアジマス分解能はストリップマップモードの公称分解能（すなわち、Ｌ／２）より悪い。特に、Ｒｅｆ２の図３に示された幾何学的配置は、スキャンＳＡＲモードに典型的なものであり、それにより、今しがた説明したように、多スワスの観測が可能になるが、アジマス分解能はストリップマップモードの公称分解能（すなわち、Ｌ／２）より悪く、それゆえ、本発明によってさまざまなスワスに対して得られるアジマス分解能より悪い。

最後に、Ｒｅｆ３のセクション５も、スキャンＳＡＲモード、すなわち、レンジ方向に多数のサブスワスを収集し、時間的に連続しないバーストを用いるモードを示している、ということにも注意すべきである。バーストは、順次生じ、ストリップマップモードで得られるものより短い持続時間のものであり、したがって、本発明によって想定されるものとは反対に、ストリップマップモードの公称分解能（すなわち、Ｌ／２）に対してアジマス分解能の低下が生じる。更に、Ｒｅｆ３の図１０は、収集ロジックを示しておらず、シーンの距離に応じて選択され得るＰＲＦの値を説明するのみである。特に、Ｒｅｆ３の図１０に示されたものによると、レンジ方向における個々の領域で同期かつ間隔のあいたバーストが想定されており、それによってアジマス分解能が低下させられる。加えて、Ｒｅｆ３の図８は、先に示したように、多数のスワスの観測を可能にする従来のスキャンＳＡＲモードを示しているが、アジマス分解能はストリップマップモードの公称分解能（すなわち、Ｌ／２）より悪く、それゆえ、本発明によってさまざまなスワスに対して得られるアジマス分解能より悪い。

結論として、添付の特許請求の範囲に規定されているように、本発明の範囲を逸脱することなく、さまざまな変更が本発明に適用され得ることが明らかである。

Claims (3)

1. ＳＡＲイメージング方法であって、
   航空又は衛星プラットフォーム（30）によって運搬され、単一の分割されていないアンテナと前記単一の分割されていないアンテナに結合された単一の受信機とを有する合成開口レーダによって、地球表面の領域のストリップマップモードにおけるＮ回のＳＡＲ収集を行い、Ｎは１より大きい整数であり、
   前記合成開口レーダの前記単一の分割されていないアンテナは、公称パルス繰り返し周波数に関連付けられており、
   ストリップマップモードにおける各ＳＡＲ収集は、前記合成開口レーダの飛行方向に対するそれぞれのスクイント角を用いて行われ、前記それぞれのスクイント角は、前記ストリップマップモードにおける他のＮ−１回のＳＡＲ収集を行うために用いられるスクイント角と等しく、又は異なり、
   ストリップマップモードにおける各ＳＡＲ収集は、前記合成開口レーダの天底に対するそれぞれの仰角を用いて行われ、前記それぞれの仰角は、前記ストリップマップモードにおける他のＮ−１回のＳＡＲ収集を行うために用いられる仰角とは異なり、それによって、ストリップマップモードにおける各ＳＡＲ収集は、前記ストリップマップモードにおける他のＮ−１回のＳＡＲ収集によって観測されるスワスとは異なる地球表面のそれぞれのスワスに関係付けられることになり、
   行われたストリップマップモードにおける各ＳＡＲ収集は、それぞれのレーダ送受信動作を含み、前記それぞれのレーダ送受信動作が、
   ・前記行われたストリップマップモードにおける他のＮ−１回のＳＡＲ収集の単一のレーダ送受信動作に関して、個別に時間インターリーブされ、
   ・前記ストリップマップモードにおけるＳＡＲ収集に用いられる、前記それぞれのスクイント角によって及び前記それぞれの仰角によって規定されるそれぞれの収集方向におけるそれぞれのレーダビームの送受信を含み、それによって、前記それぞれの収集方向は、互いに平行になり、前記行われたストリップマップモードにおける他のＮ−１回のＳＡＲ収集の収集方向には平行ではなくなり、
   前記レーダ送受信動作は、前記公称パルス繰り返し周波数のＮ倍に増加した動作繰り返し周波数を用いることによって行われ、
   前記方法は、行われたストリップマップモードにおける各ＳＡＲ収集に基づいて、前記ストリップマップモードにおけるＳＡＲ収集によって観測されたそれぞれのスワスの領域のＳＡＲ画像を生成することを更に含み、
   前記生成されたＳＡＲ画像は全て、前記合成開口レーダの前記単一の分割されていないアンテナのアジマス方向に沿った物理的又は等価的な長さの半分に等しい１つの同一のアジマス分解能を有する、
   ＳＡＲイメージング方法。
2. 前記レーダ送受信動作は、前記ストリップマップモードにおけるＮ回のＳＡＲ収集のそれぞれが前記公称パルス繰り返し周波数で行われるように、前記公称パルス繰り返し周波数のＮ倍に等しい動作繰り返し周波数で行われる、
   請求項１の方法。
3. 合成開口レーダシステムであって、
   ・単一の分割されていないアンテナと、前記単一の分割されていないアンテナに結合された単一の受信機とを有し、
   ・請求項１又は２のＳＡＲイメージング方法を行うように構成された、
   合成開口レーダシステム。

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