JPH0772244A - 干渉型合成開口レーダ装置および地形変動観測方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 地震予知、火山噴火予知、土石流予測等の数
cm単位の精度で微妙な地形変動の抽出を要求される観測
分野に適用可能な、地形変動をリアルタイムで高精度に
抽出できる干渉型合成開口レーダ装置を提供する。 【構成】 航空機等の飛翔体に２つのアンテナ１、２を
取り付け、この２つのアンテナ部１，２で同時に地上の
ターゲット１９に電波を放射し、また地上からの反射波
を同時に受信する。受信したビデオ信号１４、１５は、
画像処理部６でＳＡＲ再生処理を行い、干渉処理部８で
干渉処理を実施して等高線図または標高が算出される。
リアルタイムで得られた干渉処理部８のデータは、地形
変動解析処理部９により同一地域を複数回フライトして
得られた過去のデータと比較され、その標高差を検出す
ることでリアルタイムで高精度に地形変動を取得する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は干渉型合成開口レーダ装
置、より具体的には航空機、人工衛星等の飛翔体に搭載
される合成開口レーダ装置に係り、特にリアルタイムで
地形変動を高精度に抽出することができる干渉型合成開
口レーダ装置および地形変動観測方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】地震予知、火山噴火予知、土石流予測を
行うには地形変動を抽出することが必要不可欠である。
従来、このような地形変動を抽出するためには光学カメ
ラを用いた航空測量やステレオ視が行われていた。しか
し、これら手法では地形変動量を抽出するまでに原理的
に多くの時間が必要であり、また、精度が十分でなかっ
たり、雲天時／夜間観測できないため、必要な時、リア
ルタイムで情報が収集できないという問題点があった。

【０００３】このような欠点を解消するため、たとえば
特開昭６３−２６２５７８号公報には昼夜間／全天候で
観測が可能な合成開口レーダを用いた干渉型ＳＡＲ（地
形マッピングレーダ）が記載されている。干渉型ＳＡＲ
は、必要な時に地表面の３次元情報を精度が数ｍ程度で
取得することができるレーダ装置である。

【０００４】図３はこのような干渉型合成開口レーダの
動作概念を示したものである。図３において、Ａ１，Ａ
２はアンテナ位置、Ｎｓはアンテナ間距離、Ｈｔは被測
定物の標高、ＨｏはアンテナＡ１，Ａ２が搭載された航
空機または人工衛星などの飛翔体高度、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ
はスラントレンジ距離をそれぞれ示している。

【０００５】地形変動を観測する場合、航空機等の飛翔
体に２つのアンテナＡ１，Ａ２を取り付け、同一シーン
を見るように個々のアンテナＡ１，Ａ２のオフナディア
角を設定する。同一点からの反射波は、２つのアンテナ
Ａ１，Ａ２で同時に受信し、そのわずかな位相差Δφを
検出する。アンテナＡ１とアンテナＡ２で検出される位
相差は地上の標高により異なるため、〔Δφ₁ −Δ
φ₂ 〕∝Ｈｔの性質を利用すれば３次元情報（標高情
報）を得ることができる。なお、Δφ₁ およびΔφ
₂は、λを送信波波長とすると以下の式で示すことがで
きる。 Δφ₁ ＝（Ａ−Ｂ−ｎ・λ）×２π×１／λ Δφ₂ ＝（Ｃ−Ｄ−ｎ・λ）×２π×１／λ

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら昼夜間／
全天候で観測が可能な従来技術における合成開口レーダ
を用いた干渉型ＳＡＲは、必要な時に３次元情報を取得
することができるが、２つのアンテナ間距離や受信機ノ
イズ等のシステム雑音により生じる位相誤差φ_Nがある
ため、分解能をφ_N 以上にすることはできない。したが
って、その精度を数ｍ程度よりも上げることができず、
数cm単位の精度で微妙な地形変動の抽出を要求される地
震予知、火山噴火予知、土石流予測等では正確な予知ま
たは予測が困難になるという欠点があった。

【０００７】本発明はこのような従来技術の欠点を解消
し、地震予知、火山噴火予知、土石流予測等の数cm単位
の精度で微妙な地形変動の抽出を要求される観測分野に
適用可能な、地形変動をリアルタイムで高精度に抽出で
きる干渉型合成開口レーダ装置および地形変動観測方式
を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は上述の課題を解
決するために、飛翔体より地上に向かって電波を放射
し、地上からの反射波を受信することにより地形変動を
抽出する干渉型合成開口レーダ装置は、地上に電波を放
射し、また地上からの反射波を同時に受信する２つのア
ンテナと、２つアンテナに同時に送信波を出力しかつ同
時に受信波を入力する送受信部と、送受信部からの受信
出力信号をＳＡＲ再生処理する画像処理部と、画像処理
部からの出力信号を干渉させて３次元画像を出力する干
渉処理部と、干渉処理部でリアルタイムで取得した３次
元画像データと、この干渉処理部で以前に取得した同一
地域の３次元画像データとを比較することにより、リア
ルタイムで地形の変動を抽出する地形変動解析処理部と
を有する。

【０００９】また、本発明によれば、飛翔体に搭載され
たレーダにより同一地形を定期的に観測して当該地形の
変化を抽出する地形変動観測方式において、レーダによ
り観測されたリアルタイムの地形データは以前に観測さ
れてた同一地域の地形データと比較され、この比較結果
を基に観測された地形の変化が抽出される。

【００１０】

【作用】本発明によれば、２つのアンテナより放射され
た電波の反射波は、再びこれらアンテナに受信され、受
信出力信号として画像処理部に送られてＳＡＲ再生処理
が施される。ＳＡＲ再生処理が行われた画像処理部出力
信号は干渉処理部に送られて３次元画像が形成される。
このリアルタイムで得られた３次元画像のデータは、地
形変動解析処理部により以前に取得した同一地域のデー
タと比較されてその差分が検出されることで地形変動の
抽出が行われる。また、地上に基準点（コーナーリフレ
クタ）を常設することで、cm単位の校正を行うことが可
能である。

【００１１】

【実施例】次に添付図面を参照して本発明による干渉型
合成開口レーダ装置および地形変動観測方式の実施例を
詳細に説明する。

【００１２】図１は本発明による地形変動抽出用干渉型
合成開口レーダ装置の一実施例を示すブロック図であ
り、このレーダ装置は航空機または人工衛星等の飛翔体
に搭載される。

【００１３】図１において、アンテナ１，２は地上に電
波を放射し、また、地上からの反射波を受信するアンテ
ナ部である。これらアンテナ１，２は、オフナディア角
設定部３により同一反射ターゲット１９に向けられる。
ターゲット１９内には、複数の基準点（リフレクタ）が
設置されている。アンテナ１，２は、それぞれ信号線１
２，１３を介して送受信部４、５に接続されている。

【００１４】送受信部４，５は、接続されているアンテ
ナ１，２に同時に送信波を出力し、かつ同時に受信波を
入力する電波送受信部であり、それぞれ信号線１４，１
５を介して画像処理部６に接続されている。

【００１５】画像処理部６は、送受信部４，５からの受
信出力信号であるビデオ信号をＳＡＲ再生処理する画像
処理部である。具体的には、画像処理部６は衛星２２か
らの電波を受信して飛翔体の位置・速度情報を計算する
ＧＰＳ部７に接続され、これから当該レーダが搭載され
ている飛翔体の位置・速度情報から幾何歪み補正を行
う。画像処理部６は、信号線１６を介して干渉処理部８
に接続され、これに幾何歪み補正を行なった画像データ
１６を出力する。

【００１６】干渉処理部８は、画像処理部６からのＳＡ
Ｒ画像データ１６を入力し、それぞれのアンテナ１，２
対応したＳＡＲ画像データの位相差を算出し、等高線図
または標高を算出して３次元画像データである標高デー
タ１７を作成する。干渉処理部８は、信号線１７を介し
て地形変動解析処理部９に接続され、これに現時点の標
高データ１７を出力する。なお、地形変動解析処理部９
は、合成開口レーダ特有のフォーショートニング歪みを
標高データ１７を基に補正する。また、リフレクタによ
る校正も実施する。

【００１７】地形変動解析処理部９は、リアルタイムで
得られた標高データ１７と以前に得られた同一地域での
標高データとを比較することで地形変動を高精度で抽出
する解析処理部である。すなわち、地形変動解析処理部
９は、以前観測を行ったターゲット１９の標高データを
記憶しているデータベース部１１と、このデータベース
部１１に記録されている標高データ１８とリアルタイム
で観測された標高データ１７との差を取り地形変動デー
タ２０を検出出力する標高検出部１０により構成されて
いる。

【００１８】図２は、図１の実施例における処理画像の
流れを示した概念図である。（ａ）の画像はアンテナ
１，２で受信処理したＳＡＲデータを干渉させて得られ
る位相差画像である。このデータ取得時の飛翔体位置・
速度等に関する情報から適切な地球の回転楕円体モデル
を設定し、そのモデルによる位相差画像（ｂ）を算出
し、（ａ）との差をとることで等高線図（ｃ）が得られ
る。

【００１９】幾何歪み／フォーショートニング補正が行
われた画像（ｃ）は、図１の信号１８に対応する。
（ｄ）〜（ｆ）は（ａ）〜（ｃ）と同様の画像である
が、データを取得された時期が異なるもので図１のデー
タベース１１に記憶されている。（ｃ）と（ｆ）はほと
んど同じであるが同じ座標でわずかに標高が異なる。こ
の２つのデータＧ（ｘ，ｙ）とＧ′（ｘ，ｙ）の差をと
ると非常にわずかな変化ΔＧ（ｘ，ｙ）を検出すること
ができる。

【００２０】（ｇ）は、ΔＧ（ｘ，ｙ）を表わしたもの
で斜線部は変化のない所、その他が地形が変化した部分
である。この変化抽出精度は数ｃｍ程度が実現できる。
これは、干渉型合成開口レーダが位相を検出しているた
め可能になる技術で、画像のピクセルサイズ（センサ分
解能）には依存しない。

【００２１】

【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明の地形
変動抽出用干渉型合成開口レーダ装置によれば、同一シ
ーンを２度観測しその２つの３次元画像の変化を抽出す
ることで、地形変動を高精度にリアルタイムで抽出でき
る。すなわち、航空機等を移動プラットフォームとする
干渉型合成開口レーダ装置において、同一シーンを定期
的に監視（観測）し個々の３次元画像の変化分を抽出す
ることで、リアルタイムで地形変動を抽出できるため、
地震予知、火山噴火予知、土石流予測等に対する有益性
を格段に向上できる効果がある。なお、その高精度は、
画像のピクセルサイズには依存しないため、他のセンサ
に比べ格段に優れているという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による地形変動抽出用干渉型合成開口レ
ーダ装置の一実施例を示すブロック図である。

【図２】図１の実施例における処理画像の流れを示す概
念図である。

【図３】従来の干渉型合成開口レーダ装置の概要を示す
説明図である。

【符号の説明】

１，２ アンテナ部 ３ オフナディア角設定部 ４，５ 送受信部 ６ 画像処理部 ７ ＧＰＳ部 ８ 干渉処理部 ９ 地形変動解析処理部 １０ 標高差検出部 １１ データベース部 １９ ターゲット

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 飛翔体より地上に向かって電波を放射
   し、この地上からの反射波を受信することにより地形変
   動を抽出する干渉型合成開口レーダ装置において、 前記地上に電波を放射し、また地上からの反射波を同時
   に受信する２つのアンテナと、 前記２つアンテナに同時に送信波を出力しかつ同時に受
   信波を入力する送受信部と、 前記送受信部からの受信出力信号をＳＡＲ再生処理する
   画像処理部と、 前記画像処理部からの出力信号を干渉させて３次元画像
   を出力する干渉処理部と、 前記干渉処理部でリアルタイムで取得した３次元画像デ
   ータと、この干渉処理部で以前に取得した同一地域の３
   次元画像データとを比較することにより、リアルタイム
   で地形の変動を抽出する地形変動解析処理部とを有する
   ことを特徴とする干渉型合成開口レーダ装置。
2. 【請求項２】 飛翔体に搭載されたレーダにより同一地
   形を定期的に観測して当該地形の変化を抽出する地形変
   動観測方式において、 前記レーダにより観測されたリアルタイムの地形データ
   は、以前に観測されてた同一地域の地形データと比較さ
   れ、 この比較結果を基に前記観測された地形の変化を抽出す
   ることを特徴とする地形変動観測方式。