JPH09230039A

JPH09230039A - 干渉型合成開口レーダ装置及び合成開口レーダ装置を用いた地形高さ測定方法

Info

Publication number: JPH09230039A
Application number: JP8039989A
Authority: JP
Inventors: Masafumi Iwamoto; 雅史岩本; Takahiko Fujisaka; 貴彦藤坂
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1996-02-27
Filing date: 1996-02-27
Publication date: 1997-09-05

Abstract

(57)【要約】【課題】衛星や航空機などから広域にわたって地形高
さを測定する干渉型合成開口レーダ装置において、電波
散乱特性等の影響により画像の一部が欠落したときでも
位相・高度のアンラップ処理を行うことを可能にし、測
定の安定化を図る。【解決手段】合成開口レーダ装置を用いて観測を行
い、互いに観測条件が異なる複数種類の地形画像を得る
レーダ部と、上記レーダ部で得られた複数種類の地形画
像を組合せ、互いに干渉させることにより複数種類の干
渉画像を得る複数画像生成部と、上記複数画像生成部で
得られた複数種類の画像を融合する画像融合部と上記画
像融合部で得られた干渉画像を地形の高さに対応する情
報をもつ複数の画像に変換する位相アンラップ部とを備
えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば航空機、
人工衛星等の飛翔体に搭載された干渉型合成開口レーダ
装置及び合成開口レーダ装置を用いた地形高さ測定方法
に関するものであり、特に地形高さを求めるための処理
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】地表の地形を観測するために、従来は光
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、これらの手法は曇天時／夜間には観測でき
ないという天候／時間帯による制約を受けた。そこで、
近年、干渉型合成開口レーダ装置を用いて地形の観測を
行い、かかる制約を緩和しようとする技術が提案されて
いる。

【０００３】この種の従来の技術として、特開平７−７
２２４４号公報に記載されたものがある。この公報の図
２およびその説明から明らかなように、この干渉型合成
開口レーダ装置は、２組のレーダ装置により得られた位
相差画像と、このデータ取得時の飛翔体の位置および速
度等に関する情報から設定された地球楕円体モデルによ
る位相差画像（これは地表に全く起伏がないとしたとき
に得られる位相差画像である）との差をとることにより
高度差に対応する位相差を得て、等高線図を求める。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では触れ
られていないが、等高線画像を実際に生成する際には位
相アンラップ(unwrap)処理が必要である。位相アンラッ
プ処理とは、得られた位相差画像に現れた等位相線と、
実際の等高線との対応関係を求めるための処理である。
なぜこのような処理が必要かというと、位相差画像に現
れた等位相線の位相情報は２πで折り返すためであり、
また、位相差だけでは高さが高くなっているのかそれと
も低くなっているのか判然としないためである。具体的
な位相アンラップ処理について図４および図５を用いて
説明する。

【０００５】図４は、干渉画像から等位相線画像を求め
るまでの過程を示す図である。同図（ａ）は観測された
地形の実際の等高線図である。同図の４６は等高線であ
る。同図（ｂ）は等位相線図を求めるときの基準となる
仮想干渉画像、同図（ｃ）は干渉型合成開口レーダ装置
により得られた干渉画像、同図（ｄ）は、同図（ｂ）
（ｃ）により得られる等位相線図である。同図（ｄ）の
等位相線図は、同図（ａ）の等高線図に対応する。これ
ら図（ｂ）〜（ｄ）の４７は等位相線である。これらの
処理については上記刊行物に記載されている。図５は、
図４（ｄ）の等位相線図から３次元地形データを求める
までの過程を示す図である。図５（ａ）の５３は、図４
（ｄ）の等位相線図のＢ−Ｂ’断面の位相曲線の位相分
布である。図５（ｂ）の５８は、アンラップ後の位相曲
線であり、図５（ｃ）の５２は、図４（ａ）の３次元地
形の断面を示す地形断面である。

【０００６】干渉型合成開口レーダ装置により得られた
図４（ｃ）の干渉画像は、レンジ方向に並んだ等位相線
が地形による歪を受けた形状になっている。また、図４
（ｂ）の仮想干渉画像は等位相線がレンジ方向に並行に
並んでいる。図４（ｃ）の干渉画像から図４（ｂ）の仮
想干渉画像を差し引いて、地形による位相変化だけを抽
出する。その結果、図４（ａ）の等高線画像４８と相似
した図４（ｄ）のパターンが得られる。

【０００７】実際の観測により得られる等位相線画像の
位相情報は、地形の変化にともない−∞から∞＋にかけ
て連続的に変化しうる。しかし、等位相線画像の位相情
報は０〜２πでしか測定できないため、干渉型合成開口
レーダ装置により得られる実際の位相情報は、図５
（ａ）の位相曲線５３のように０〜２πの値で折り返し
ている。このままでは地形データとして使えない。そこ
で折り返して畳み込まれた位相を開く（つまりUnwrapす
る）処理が必要になる。すなわち、図５（ａ）の位相曲
線５３の勾配を見て、連続する位相曲線が得られるよう
に０〜２πに折り返された位相をつなぐ。この処理によ
り、図５（ｂ）の位相曲線５８が得られる。

【０００８】次に、図５（ｂ）の位相曲線５８の位相を
相対高度に変換する。レーダの送信信号の波長は既知で
あるから、位相差から直ちに高度差が得られる。この結
果、位相曲線５８は、図５（ｃ）の地形断面５２に変換
されて３次元地形データが得られる。図５（ｃ）の３次
元地形データ５２は相対高度しか表わさないが、既知の
高度をもつ点が１点でも画像に存在すれば、その点を基
準に絶対高度を求めることができる。

【０００９】しかしこの方法によれば、次のような課題
があった。特定の波長や偏波に対する反射が小さい領域
において、受信信号に含まれる位相雑音が増加する。こ
のために位相アンラップに誤差を生じる。例えば、等位
相画像の任意の２点間を結ぶ異なる経路を２つ設定した
とき、第１の経路と第２の経路とで同じ地点の高度が一
致しないことがある。これは、一方の経路の領域の位相
雑音が大きいので、第１の経路で位相アンラップした場
合と、第２の経路で位相アンラップした場合とで高度が
異なるからである。

【００１０】また、逆に、特定の波長に共振して、強い
反射を生じる物体がある場合にも位相が変化して、位相
アンラップに誤差を生じる。これは、分解能セル内のエ
コーの平均位相を観測することが期待されているのに、
特定の１点の位相が支配的になるためである。この現象
による影響は、特にその物体の高さが周囲と異なる場合
に大きい。

【００１１】また、電波の反射散乱特性は観測角度に依
存するため、観測角度によっては信号対雑音（S／N）が
劣化して位相雑音が増加する場合がある。これも位相ア
ンラップの誤差の原因となる。

【００１２】この発明はかかる課題を解決しようとする
ものであり、位相アンラップの精度を改善することので
きる干渉型合成開口レーダ装置及び合成開口レーダ装置
を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
る合成開口レーダ装置を用いた地形高さ測定方法は、合
成開口レーダ装置を用いて観測を行い、互いに観測条件
が異なる複数種類の地形画像を得る第１のステップと、
上記複数種類の地形画像を組合せ、画像を互いに干渉さ
せることにより地形の高さに対応する情報をもつ複数種
類の干渉画像を得る第２のステップと、上記複数種類の
干渉画像を融合する第３のステップと、融合された干渉
画像に基づき地形高さを算出する第４のステップとを備
えたものである。

【００１４】この発明による方法／装置は、干渉型合成
開口レーダ装置により観測された、互いに観測条件の異
なる２枚以上の等位相線画像を組合せて位相アンラップ
を行うものである。つまり、（１）観測条件を変えて２
枚以上の等位相線画像を得ること、（２）これら等位相
線画像を組合せて位相アンラップすること、の２点がポ
イントである。そのために、観測条件の異なる２枚以上
の等位相線画像を組合せる。一方の等位相線画像で位相
雑音が増加していても、もう一方の等位相線画像では位
相雑音が小さい場合がある等の理由により、位相アンラ
ップの精度が改善される。

【００１５】また、上記（２）の２枚以上の等位相線画
像を組み合わせて位相アンラップする方法については、
次の２種類が挙げられる。（位相アンラップ方法１）それぞれの等位相線画像を位相アンラップした後に、重
み係数をかけて加えることにより画像を合成する方法この場合、等位相線画像の段階で融合する方法と、等高
線画像に変換してから融合する方法とがある。（位相アンラップ方法２）それぞれの等位相線画像に重み係数をかけて加えること
により合成し、その後に位相アンラップする方法この場合も、等位相線画像の段階で融合する方法と、等
高線画像に変換してから融合する方法とがある。

【００１６】この発明の請求項２に係る合成開口レーダ
装置を用いた地形高さ測定方法は、上記第３のステップ
に、上記複数種類の干渉画像と予め求められた仮想反射
点についての干渉画像とを比較することにより、上記複
数種類の干渉画像を地形の高さに対応する等位相線をも
つ複数の等位相線画像にそれぞれ変換する等位相線画像
生成ステップと、上記複数の等位相線画像を相互に比較
して一致領域あるいは不一致領域を検出する一致不一致
検出ステップと、上記不一致領域についてこれら等位相
線画像の位相情報の重み付け平均を求めてこの不一致領
域の位相情報とする平均算出ステップとを備えたもので
ある。

【００１７】この発明の請求項３に係る合成開口レーダ
装置を用いた地形高さ測定方法は、上記第３のステップ
に、上記複数種類の干渉画像を相互に比較して一致領域
あるいは不一致領域を検出する一致不一致検出ステップ
と、上記不一致領域についてこれら複数種類の干渉画像
の地形の高さに対応する情報の重み付け平均を求めてこ
の不一致領域の地形の高さに対応する情報とする平均算
出ステップと、上記平均算出ステップで求められた干渉
画像と予め求められた仮想反射点についての干渉画像と
を比較することにより、上記平均算出ステップで求めら
れた干渉画像を地形の高さに対応する等位相線をもつ等
位相線画像に変換する等位相線画像生成ステップとを備
えたものである。

【００１８】この発明の請求項４に係る合成開口レーダ
装置を用いた地形高さ測定方法は、上記平均算出ステッ
プで求められた画像の良否を判定する良否判定ステップ
と、この良否判定ステップの判定結果に基づき重みパラ
メータを変更して上記平均算出ステップを再度実行させ
る重みパラメータ変更ステップとを備えたものである。

【００１９】この発明の請求項５に係る合成開口レーダ
装置を用いた地形高さ測定方法は、合成開口レーダ装置
を用いて観測を行い、互いに観測条件が異なる複数種類
の地形画像を得る第１のステップと、上記複数種類の地
形画像を組合せ、画像を互いに干渉させることにより地
形の高さに対応する情報をもつ複数種類の干渉画像を得
る第２のステップと、複数種類の干渉画像それぞれに対
応して地形高さを算出する第３のステップと、上記第３
のステップで求められた複数種類の地形高さ画像を融合
する第４のステップとを備えたものである。

【００２０】この発明の請求項６に係る合成開口レーダ
装置を用いた地形高さ測定方法は、上記第２のステップ
に、上記複数種類の地形画像を組合せ、画像を互いに干
渉させることにより地形の高さに対応する情報をもつ複
数種類の干渉画像を得る干渉処理ステップと、上記干渉
処理ステップで求められた複数種類の干渉画像と予め求
められた仮想反射点についての干渉画像とをそれぞれ比
較することにより、上記複数種類の干渉画像を地形の高
さに対応する等位相線をもつ等位相線画像に変換する等
位相線画像生成ステップとを備えたものである。

【００２１】この発明の請求項７に係る合成開口レーダ
装置を用いた地形高さ測定方法は、上記第１のステップ
における観測条件に、合成開口レーダ装置の周波数、偏
波、アンテナの位置、アンテナのスクイント角度、又
は、観測時期のうちの何れかひとつを含むものである。

【００２２】アンテナ位置には、軌道、ベースラインが
含まれる。また、観測時期は時期により植物の状態や天
候などが変化するために画像が変化する。

【００２３】この発明の請求項８に係る干渉型合成開口
レーダ装置は、合成開口レーダ装置を用いて観測を行
い、互いに観測条件が異なる複数種類の地形画像を得る
レーダ部と、上記レーダ部で得られた複数種類の地形画
像を組合せ、互いに干渉させることにより複数種類の干
渉画像を得る複数画像生成部と、上記複数画像生成部で
得られた複数種類の画像を融合する画像融合部と上記画
像融合部で得られた干渉画像を地形の高さに対応する情
報をもつ複数の画像に変換する位相アンラップ部とを備
えたものである。

【００２４】この発明の請求項９に係る干渉型合成開口
レーダ装置は、合成開口レーダ装置を用いて観測を行
い、互いに観測条件が異なる複数種類の地形画像を得る
レーダ部と、上記レーダ部で得られた複数種類の地形画
像を組合せ、互いに干渉させることにより複数種類の干
渉画像を得る複数画像生成部と、上記複数画像生成部で
得られた複数種類の干渉画像を地形の高さに対応する情
報をもつ複数の画像にそれぞれ変換する位相アンラップ
部と、上記位相アンラップ部で得られた複数種類の画像
を融合する画像融合部とを備えたものである。

【００２５】この発明の請求項１０に係る干渉型合成開
口レーダ装置は、上記レーダ部に、空中線と、上記空中
線に送信信号を供給する送信機と、上記空中線から信号
を受けて受信処理を行う受信機と、上記受信機の出力信
号に基づきパルス圧縮処理を行うパルス圧縮部と、上記
パルス圧縮部の出力信号を分割する帯域分割部と、上記
帯域分割部の出力に基づきそれぞれ合成開口処理を行う
複数の合成開口処理部とを備えたものである。

【００２６】この発明の請求項１１に係る干渉型合成開
口レーダ装置は、上記空中線の指向方向を制御するスク
イント角指示器を備えたものである。

【００２７】この発明の請求項１２に係る干渉型合成開
口レーダ装置は、上記送信機の送信周波数および上記受
信機の受信周波数を調整可能に構成したものである。

【００２８】この発明の請求項１３に係る干渉型合成開
口レーダ装置は、上記空中線の送信偏波および受信偏波
を切換可能に構成したものである。

【００２９】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．実施の形態１による方法／装置について
説明する。この発明の実施の形態１は、プラットホーム
として航空機を、高分解能レーダ装置として合成開口レ
ーダ装置を用いたものである。

【００３０】図１は、この実施の形態１の干渉型合成開
口レーダ装置の全体構成図である。この図からわかるよ
うに、このレーダ装置は、大きく分けて、レーダ部５
１、複数画像生成部５２ａ、画像融合部５３ａ、位相ア
ンラップ部５４とからなっている。レーダ部５１は複数
の信号ΦA（ｘ，ｙ）、ΦB（ｘ，ｙ）、ΦC（ｘ，ｙ）
を出力する。複数画像生成部５２ａはこれらの信号に基
づき複数の画像を生成する。画像融合部５３ａはこれら
複数の画像を融合する。位相アンラップ部５４は融合さ
れた画像に基づき位相アンラップ処理を行い、観測され
た地形の高度差を求める。図２は画像融合部５３の処理
のフローチャートである。図３は位相アンラップ部５４
の処理のフローチャートである。

【００３１】次に動作について説明する。説明の便宜
上、画像融合部５３ａ、位相アンラップ部５４の動作に
ついて説明し、その後にレーダ部５１、複数画像生成部
５２ａの動作について説明する。

【００３２】１．画像融合部５３の動作説明画像融合部５３は、仮想反射点処理部９、等位相線画像
生成手段１１ａ，１１ｂ，１１ｃ、画像融合手段５３１
とからなる。仮想反射点処理部９は地形の高さを求める
ときの基準（標高に対する基準海面）となる仮想反射点
の画像を計算により求める。この画像は図４（ｂ）に相
当する。等位相線画像生成手段１１ａ，１１ｂ，１１ｃ
は、仮想反射点処理部９が出力する仮想反射点の画像と
の差を求めることにより等位相線画像を生成する。この
等位相線画像は図４（ｄ）に相当する。

【００３３】図２は、実施の形態１の装置の画像融合手
段５３１においてなされる処理である融合処理のフロー
チャートである。

【００３４】まず、干渉型合成開口レーダ装置から複数
の種類の等位相線画像を受ける。図１において、画像融
合部５３は３種類の等位相線画像を受けるが、説明の便
宜上、２種類の等位相線画像を受けた場合を例にとり説
明する。これらの等位相線画像はそれぞれ異なるパラメ
ータで観測される。観測に用いられるパラメータが異な
ると、地形の反射特性が変化する。そのため同じ地形を
観測したときでも異なる等位相線画像が得られる。例え
ば、第１のパラメータで観測したときに図６（ａ）のよ
うに、領域Ｐの部分について観測ができないとする。こ
の現象は、前述のように反射係数が小さいとき、特定の
波長に共振して反射係数が大きいとき、観測角度によっ
ては信号対雑音（S／N）が劣化したときに位相雑音が増
加するために発生する。一方、第２のパラメータで観測
したときに図６（ｂ）のように、領域Ｐと異なる領域Ｑ
の部分について観測ができないとする。なお、パラメー
タの種類としては、周波数、偏波、アンテナ位置、スク
イント角度、観測時期がある。

【００３５】干渉型合成開口レーダ装置のレーダ部５１
から複数の画像（例えば、図６（ａ）の画像と図６
（ｂ）の画像）を受けて、両者を比較する（ＳＴ１）。

【００３６】次に、これらの画像の等位相線が一致する
かどうか判断する（ＳＴ２）。一致するときは観測不能
領域がなく、正常な観測がされたことを意味するから、
次のステップＳＴ５に進む。一方、一致しない部分があ
るときは、少なくとも一部に観測不能領域があり、正常
な観測がされなかったことを意味するから、次のステッ
プＳＴ３に進む。なお、図６の例では、領域ＰとＱは観
測不能領域であるからステップＳＴ３に進む。

【００３７】次に、複数の画像間で不一致が生じる領域
を判定する（ＳＴ３）。画像データがデジタル値であれ
ば両者の排他的論理を求めることにより簡単に領域を判
定できる。図６の例では、領域ＰとＱが観測不能領域と
判定される。

【００３８】次に、複数の画像の重み付け平均を求めて
画像を融合する（ＳＴ４）。すなわち、第１の画像の位
相に第１の重みを乗じ、第２の画像の位相に第２の重み
を乗じ、両者の平均を求める。詳細は後述する。これに
より１つの画像が得られる。この融合された画像は、一
方の画像の観測不能領域のデータに正常に観測された他
方の画像のデータが導入されるため、画像全体の精度が
向上する。

【００３９】一方、ステップＳＴ２において画像が一致
すると判定されたとき、処理はステップＳＴ５に移され
る。そして、ここでいずれか一方の画像が選択されて次
の処理のステップＳＴ６に進む。

【００４０】ステップＳＴ６において、選択により、あ
るいは融合により１つになった画像を外部に出力する。
そしてこの画像に基づき等高線画像が生成される。

【００４１】例えば、Ｓiは融合される前の等高線画像
(i=1,2)、Ｓcは融合された等高線画像、Ａiは重み係
数、x、yは画像の座標を表わすものとすれば、融合処理
は次式で表される。Ｓc（ｘ，ｙ）＝ Σ Ａi（ｘ，ｙ）Ｓi（ｘ，ｙ）

【００４２】次に、ステップＳＴ４において用いられる
重み係数の決定方法について説明する。重み係数の決定
法には、（１）信頼度に基づく方法、（２）相関係数に
基づく方法、（３）S／Nを測定する方法、（４）Residu
eを測定する方法、（５）既知の情報に基く方法（例え
ば過去に測定した地形図にしたがって決定する）、
（６）オペレータが適宜指定する方法がある。これらの
うちで、特に、（１）信頼度に基づく方法、（２）相関
係数に基づく方法、（３）S／Nを測定する方法、（４）
Residueを測定する方法、について説明する。

【００４３】［（１）信頼度に基づく方法］重み係数Ａ
は２枚の画像の信頼度の関数で決定することができる。
例えば、画像の輝度は受信電力の関数であり、信頼度の
指標として使用できる。また、干渉画像を求める際に２
枚の複素画像の相関係数を求めておけば、干渉画像の質
を評価できるのでやはり信頼度の指標となる。あるいは
それらの組み合わせで決定しても良い。画像の輝度によ
り決定する式を次に示す。Ａi（ｘ，ｙ）＝ Σ ＡＢＳ（Ｂij（ｘ，ｙ））ここで、（ｘ，ｙ）は画素の座標、Ａi（ｘ，ｙ）は融
合後の画素、Ｂij（ｘ，ｙ）は等高線画像Ｓｉ(i=1,2)
を生成する際に用いた２枚の複素画像、ＡＢＳは絶対値
記号である。また、総和Σはｊについてとる。

【００４４】［（２）相関係数］また、相関係数により
決定する方法の式を次に示す。Ａi（ｘ，ｙ）＝ＡＢＳ（ΣＢi1（ξ，η）＊Ｂi2
（ξ，η））／｛（ＡＢＳ（ΣＢi1（ξ，η）））^1/2
（ＡＢＳ（ΣＢi2（ξ，η））^1/2｝ここで、総和Σはいずれもξ，ηを含むＲ（ξ，η∈
Ｒ）についてとる。Ｒは点（x、y）を含む小領域であ
る。また＊は複素共役を意味する。

【００４５】［（３）S／Nを測定する方法］この方法
は、等位相線が周期的に現われる性質を利用して位相雑
音の大小を評価する方法である。仮想干渉画像とので
は、等位相線は、等高線状ではなく、等レンジ線をなす
規則性をもって並ぶ。そこで、これを高速フーリエ変換
（ＦＦＴ）することによって、位相雑音によってその規
則性が乱れた位置と程度を検出できる。例えば位相差を
計算する前の干渉画像が図７であったとする。ここに領
域１が位相雑音の発生している場所であるとする。ブロ
ックａ〜ｄについてそれぞれレンジ方向にＦＦＴする
と、ブロックａ〜ｃでは等位相線の周期に相当する周波
数に鋭いピークを発生するのに対して、ブロックｄでは
鋭いピークは発生しない。この様子を図８に示す。ここ
で、例えば、ピークの電力Pと、スペクトル全体の電力L
との比に基いて、ブロック毎の融合重みAi(x,y)を決定
できる。 Ai(x,y)=α P(x,y)/L(x,y) （ただしαは比例係
数）

【００４６】［（４）Residueを測定する方法］この方
法は位相の乱れをResidueという指標で評価して、融合
重み係数を決定するものである。Residueという指標はJ
PLのZebker等の提案によるもので、文献（R.M.Goldstei
n,H.A.Zebker,C.L.Werner,■SATELLITE RADAR INTERFER
OMETRY:TWO DIMENSIONAL PHASE UNWRAPPING■,RADIO SC
IENCE,VOL.23,4,PP713-720,JULY1988.）などに発表され
た公知の概念である。以下これについて、図９、図１０
を用いて簡単に説明する。

【００４７】図９は位相アンラップ前の等位相線画像の
一部（４×４画素）で、数字は位相を２πで徐したもの
（したがって０〜１）である。もし、位相の乱れがなけ
れば、隣り合う画素の位相変化は±π以下であるので、
隣接する４画素について位相の周回積分をすれば０にな
る。

【００４８】しかし位相誤差が存在すると、周回積分は
＋１または−１になる。これをZebker等はResidueと呼
んでいる。図９の場合にResidueを求めた結果を図１０
に示すが、中央の部分に＋１のResidueが発生している
ことがわかる。この場合、この４画素もいずれかに位相
誤差が発生していることになる。

【００４９】そこで、Residueが発生した場合には、そ
の点の融合重みを０にすることにより位相アンラップの
精度を改善することができる。あるいは、適当な大きさ
のブロックを決めて、その中のResidueの密度を求め
て、その点の融合重みを決定するようにしてもよい。

【００５０】２．位相アンラップ部５４の動作説明図３は、実施の形態１の装置の位相アンラップ部５４に
おいてなされる処理である位相アンラップ処理のフロー
チャートである。

【００５１】画像融合部５３で融合された画像を受け
て、この画像の位相の分布を測定する（ＳＴ１１）。測
定できる位相の範囲は０〜２πであるから測定された位
相分布は０又は２πで折り返す。この様子を図５（ａ）
に示す。この図によれば多数の不連続点が存在する。

【００５２】不連続部を接続し、分布を連続にする（Ｓ
Ｔ１２）。位相の変化率を求め、不連続部で滑らかに接
続されるように、不連続部同士を接続する。この接続の
関係を図５（ｂ）に示す。

【００５３】不連続部が残っているかどうか判定する
（ＳＴ１３）。残っていればステップＳＴ１２に戻り不
連続部の接続処理を行う。残っていなければステップＳ
Ｔ１４に進む。

【００５４】以上の処理で、画像全体で等位相線が連続
するようになった。これは実際の地形の等高線に対応す
る。そこで、送信信号の波長に基づき、等位相線を等高
線に変換する（ＳＴ１４）。位相差に波長を乗ずれば高
度差が求められるから、画像の少なくとも一点の標高が
判明すれば画像の全ての地点の標高が求められる。

【００５５】３．レーダ部５１の動作説明図１において、１は送信機、２ａ，２ｂ，２ｃは空中
線、３は送信機１の信号を空中線２ａに供給するととも
に空中線２ａの受信信号を受信器４ａに供給する送受切
換器、４ａ，４ｂ，４ｃは受信機、５ａ，５ｂ，５ｃは
パルス圧縮部、７ａ，７ｂ，７ｃは合成開口処理部であ
る。これらがレーダ部５１を構成している。また、空中
線２ａ、受信機４ａ、パルス圧縮部５ａ、合成開口処理
部７ａは第１のレーダを構成する。空中線２ｂ、受信機
４ｂ、パルス圧縮部５ｂ、合成開口処理部７ｂは第２の
レーダを構成する。空中線２ｃ、受信機４ｃ、パルス圧
縮部５ｃ、合成開口処理部７ｃは第３のレーダを構成す
る。このように、同様の構成のレーダを３つも備えるの
は、これらの組合せにより複数の（この場合、３種類
の）画像を得るためである。

【００５６】図１１は、実施の形態１の干渉型合成開口
レーダ装置装置の観測のジオメトリを示したものであ
る。説明を簡単にするために、同図において、空中線２
ｃは示されていない。Ｐ／Ｆはレーダプラットフォー
ム、Ｐは観測点、Ｐ’は観測点の標高がゼロの位置を示
す仮想観測点、Ｂは２つのアンテナのベースライン（軌
道と直交する方向のベースライン）である。

【００５７】次に動作について説明する。送信機１は送
受切換器３を通して、送受信アンテナ２ａから高周波パ
ルス信号を地表面へ向けて照射するとともに、その反射
波を送受信アンテナ２ａ，２ｂ，２ｃで受信する。ここ
で送受信アンテナ２ａ，２ｂ，２ｃは軌道と直交する面
内で、同じ地表面を照射するように主ビームの向きが調
整されているものとする。

【００５８】送受信アンテナ２ａ，２ｂ，２ｃで受信し
たエコーは直接、あるいは再び送受切換器３を経由して
受信機４ａ，４ｂ，４ｃに入力され、増幅・復調され
る。増幅・復調された受信信号は、パルス圧縮部５ａ，
５ｂ，５ｃでパルス圧縮処理されてレンジ分解能が改善
される。さらに、合成開口処理部７ａ，７ｂ，７ｃで複
素ＳＡＲ画像に変換される。

【００５９】合成開口処理部７ａ，７ｂ，７ｃは、それ
ぞれ信号ΦA（ｘ，ｙ）、ΦB（ｘ，ｙ）、ΦC（ｘ，
ｙ）を出力する。これらは地表画像上の任意の点（ｘ，
ｙ）の位相情報を示す。位相情報は空中線２から地表ま
での距離に対応するから、これら位相情報を組み合わせ
ることにより距離を求めることができる。

【００６０】４．複数画像生成部５２の動作説明複数画像生成部５２は、３つの干渉処理部８ａ，８ｂ，
８ｃを備える。干渉処理部８ａは、第１のレーダの画像
ΦA（ｘ，ｙ）と第２のレーダの画像ΦB（ｘ，ｙ）とに
基づき等位相線画像を得る。干渉処理部８ｂは、第２の
レーダの画像ΦB（ｘ，ｙ）と第３のレーダの画像ΦC
（ｘ，ｙ）とに基づき等位相線画像を得る。干渉処理部
８ｃは、第１のレーダの画像ΦA（ｘ，ｙ）と第３のレ
ーダの画像ΦC（ｘ，ｙ）とに基づき等位相線画像を得
る。これらのレーダの組合せのパラメータ（この場合、
ベースライン長Ｂ）は後述のように異なるので、得られ
る画像の性質はそれぞれ異なる。したがって、前述のよ
うに画像融合部５３で融合が可能になる。

【００６１】次に、干渉処理部８ａ，８ｂ，８ｃの動作
について説明する。これらはいずれも同じ動作をする。
まず、入力された２種類の画像のうちの一方の画像を画
素毎に複素共役数に変換する。この変換後の画像と他方
の画像とを複素乗算する。すると、２枚のＳＡＲ画像の
画素毎の位相差が得られる。この位相差は画像上に表現
される。この観測に基づく位相差と、計算により求めら
れる仮想的な平面についての位相差とを干渉させること
により、等位相線が得られる。干渉処理部８ａ，８ｂ，
８ｃが出力する等位相線画像をそれぞれΔΦ1（ｘ，
ｙ）、ΔΦ2（ｘ，ｙ）、ΔΦ3（ｘ，ｙ）とする。

【００６２】これらの動作を数式を用いて説明する。送
受信アンテナ２ａから観測点Ｒを観測する際の往復の電
波伝播距離をｒ242、受信アンテナ２ｂから観測点Ｒを
観測する際の往復の電波伝播距離をｒ243とおくと、そ
れぞれ次のように書ける。ここにＨはレーダプラットフ
ォームＰ／Ｆの高度、Ｂは送受信アンテナ２ａ，２ｂの
間隔（ベースライン長）、ｄは送受信アンテナ２ａと観
測点Ｒの水平面内の距離である。

【００６３】

【数１】

【００６４】これらの式をテイラー展開して２次の項ま
で求めると、これら２つの距離の差Δｒ4は式（３）の
ように書けるが、これと位相差ΔΦ4とは式（５）の関
係にある。

【００６５】

【数２】

【００６６】一方、２つの送受信アンテナ２ａ，２ｂか
ら仮想観測点Ｐ’を観測する際の往復の電波伝播距離を
ｒ252、受信アンテナ３から仮想観測点Ｐ’を観測する
際の往復の電波伝播距離をｒ253とおくと、これら２つ
の距離の差Δｒ5は同様に式（８）のように書けて、仮
想観測点Ｐ’の位相差ΔΦ5が式（９）により求められ
る。

【００６７】

【数３】

【００６８】さらにΔΦ4とΔΦ5との差ΔΦを求めると
次の式が得られる。

【００６９】

【数４】

【００７０】干渉処理部８は、式（６）〜（９）を用い
てΔΦ5、ΔΦ4との位相差ΔΦを求めるが、式（１０）
における未知数は観測点Ｐの高度ｈのみであるので、こ
れを算出することができる。ところで上記式からわかる
ように、ベースラインＢがΔΦのパラメータである。し
たがってベースラインＢを変化させれば得られる画像が
変化する。つまりベースラインは観測条件のパラメータ
である。図１のレーダ部５１の空中線２ａ，２ｂ，２ｃ
は、プラットホーム上のそれぞれ異なった場所に設置さ
れているからベースラインは互いに異なる。したがっ
て、ΦA（ｘ，ｙ）、ΦB（ｘ，ｙ）、ΦC（ｘ，ｙ）は
互いに異なる観測条件（パラメータ）における観測結果
である。干渉処理後のΔΦ1（ｘ，ｙ）、ΔΦ2（ｘ，
ｙ）、ΔΦ3（ｘ，ｙ）も当然に異なる観測条件におけ
る観測結果になる。

【００７１】以上のように、互いに観測条件の異なる２
枚以上の等位相線画像を融合し、この融合された画像に
基づき位相アンラップを行うことにより、地形や電波散
乱条件に左右されることなく、位相アンラップの精度が
向上する。したがって、１枚の等高線画像を安定に得る
ことができる。

【００７２】また、この実施の形態の構成によれば、位
相アンラップ前に画像を融合するので、等位相線画像の
品質が悪くて１枚の等位相線画像からでは適切なアンラ
ップができない場合でも、融合して品質を向上した画像
から適切なアンラップを行うことができる。

【００７３】実施の形態２．上記実施の形態１では、画
像融合部５３ａにおいて等位相線画像を生成した後に画
像融合を行っていた。この順序を逆にしてもよい。図１
２にこの実施の形態２の装置の機能ブロック図を示す。
レーダ部５１、複数画像生成部５２ａ、位相アンラップ
部５４は図１に示されたものと同じものである。画像融
合部５３ｂにおいて、画像融合手段５３１は、複数画像
生成部５２ａから複数の（図では３つの）画像を受け
て、これらを融合する。つまり、図４（ｃ）の状態の画
像を融合する。画像融合手段５３１の処理内容は実施の
形態１の場合と同じである。等位相線画像生成手段１１
は、画像融合手段５３１で融合された画像を受けて、等
位相線画像を生成する。具体的な処理内容は実施の形態
１の場合と同じである。

【００７４】この実施の形態２によれば、融合してから
等位相線画像を生成するので、等位相線画像生成手段が
ひとつですみ、構成が簡単で処理も速くなる。

【００７５】実施の形態３．上記実施の形態１および２
では、画像融合を行ってから位相アンラップを行ってい
たが、この順序を逆にしてもよい。図１３にこの実施の
形態２の装置の機能ブロック図を示す。レーダ部５１、
位相アンラップ部５４ａ〜５４ｃは図１に示されたもの
と同一あるいは相当部分である。複数画像生成部５２ｂ
において、干渉処理部８ａ〜８ｂは実施例１の場合と同
様に動作する。等位相線画像生成手段１１ａ〜１１ｃは
干渉処理部８ａ〜８ｂそれぞれに対応して設けられ、図
４（ｄ）に示されるような等位相線画像をそれぞれ再生
する。

【００７６】位相アンラップ部５４ａ〜５４ｃは、等位
相線画像生成手段１１ａ〜１１ｃが出力する等位相線画
像をそれぞれ処理する。画像融合部５３は、位相アンラ
ップ部５４ａ〜５４ｃの出力を受けてこれらを融合す
る。融合処理の内容は実施の形態１の場合と同様であ
る。

【００７７】実施の形態４．実施の形態１等の画像融合
部５３において、画像を融合するときに用いる重み係数
は予め計算された一定値であったが、フィードバックル
ープを設けて画像融合の結果に基づき重みを調整するよ
うにしてもよい。

【００７８】図１４のフローチャートおよび図１５の説
明図に基づきこの実施の形態３の動作を説明する。図１
４のうちでステップＳＴ１〜ＳＴ６は、図２の要素と同
じであるから説明を省略する。

【００７９】位相アンラップ手段５４は位相（高度）の
折り返しをアンラップするが、等位相線画像（等高線画
像）によってはアンラップできない場合がある。その例
を図１５を用いて説明する。図１５（ａ）はアンラップ
前の等位相線画像である。同心円状に等位相線（等高
線）が表されている。なお、図中、ＡとＢは説明のため
の線である。線Ａの近傍の等位相線の一部がかけている
が、これは位相雑音等により等位相線を形成できなかっ
た部分である。

【００８０】図１５（ｂ）は点Ｏと点Ａを結ぶ線の断面
図である。距離r2で位相（高度）の折り返しが生じてい
る。距離r1からr2まで位相（高度）が一定であるのは、
この部分において位相雑音等により等位相線を形成でき
ず、直前の値に保持したためである。したがって、距離
r1からr2においては、図１５（ｂ）のグラフは実際の地
形の断面の変化を示していない。図１５（ｃ）は点Ｏと
点Ｂを結ぶ線の断面図である。距離r3、r4、r5において
位相の折り返しが生じている。図１５（ｃ）のグラフは
実際の地形の断面の変化を示している。

【００８１】図１５（ｄ）は、図１５（ｂ）に基づき点
Ｏと点Ａを結ぶ断面からアンラップした結果である。距
離r1とr2との間で位相（高度）が一定なのは、前述の理
由にによる。図１５（ｅ）は、図１５（ｃ）に基づき点
Ｏと点Ｂを結ぶ断面からアンラップした結果である。

【００８２】ところで、図１５（ａ）において点Ａと点
Ｂとは同じ等高線上にあり高度が等しいと考えられる。
しかし、等高線アンラップを行うと、図１５（ｄ）の点
Ａの高度と、図１５（ｅ）の点Ｂの高度は異なってしま
い矛盾を生じる。これは図１５（ａ）に示されるように
一部に欠損を生じていることが原因である。

【００８３】そこで、図１４のフローチャートにおい
て、ステップＳＴ７は、アンラップ結果にこのような矛
盾が生じたかどうか判断し、矛盾が生じたときには処理
をステップＳＴ８に進める。ステップＳＴ８は、融合す
る際の画像の重み付けを変更する。変更の具体的な方法
については後述する。その後、処理はステップＳＴ４に
戻る。

【００８４】以上のように、アンラップ結果に矛盾を生
じなくなるまで一連の処理を繰り返すフィードバック処
理を行うので、最終的に正しい位相アンラップが可能で
ある。

【００８５】フィードバックにおいて、ステップＳＴ８
が変更する画像の重み付けは、例えば次の式で表わされ
る。ここにｋはフィードバックの回数を表わす指標、Δ
Ａは重み係数の変更量を表わす。アンラップ結果に矛盾
を生じている領域の座標をフィードバックすることによ
って、その領域の重み係数だけを変更することもでき
る。Ａ_i,k+1（ｘ，ｙ）＝Ａ_i,k（ｘ，ｙ）＋ΔＡ_i（ｘ，
ｙ）

【００８６】この構成の実施の形態によれば、等高線ア
ンラップを矛盾なく行える品質の高い等高線画像が得ら
れるまで、融合処理を自動的に繰り返すことができる。
なお、ステップ７の良否判定において等高線の矛盾を判
定する場合、任意の２点間において経路の異なる任意の
曲線に沿って結果の比較を行えばよく、直線に限らない
のは言うまでもない。このようにすれば、予め地形の等
高線を知らなくても処理できる。

【００８７】例えば、これを図１６を用いて説明する。
図１６（ａ）は等高線画像１、図１６（ｂ）は等高線画
像２である。領域１、領域２は位相雑音が増加している
領域で、２枚の画像が異なる条件で観測されているため
に、異なる位置に発生している。はじめに等高線画像１
について、Ａ〜Ｃの３つの経路についてアンラップを行
う。その結果、経路ＢとＣの組み合わせ以外では矛盾が
生じており、経路Ａの上に位相雑音の大きな領域が存在
することがわかる。次に、Ｄ〜Ｆの３つの経路について
同様にアンラップを行う。その結果、Ｆの経路上に位相
雑音の大きな領域が存在することがわかる。したがっ
て、位相雑音の大きな領域は経路ＡとＦの交点付近に存
在することが特定できるので、画像１の領域１の部分の
重み係数を削減して、代わりに画像２の領域１の部分の
重み係数を増加させる。同様に、画像２についても領域
２を特定できるので、先ほどとは逆に、画像１の領域２
の重み係数を増加させて、画像２の領域２の重み係数を
削減する。この操作を繰り返すことにより、２枚の画像
の位相誤差の少ない部分を組合せて高度アンラップでき
る。

【００８８】実施の形態５．実施の形態５を図１７につ
いて説明する。同図は図１のレーダ部５１に相当するも
のであり、複数画像生成部５２以降の要素の表示は省略
してある。同図の装置は複数画像生成部５２に対して２
つの画像を送るが、これら画像は時間毎に異なる位置か
ら同じ地形を見た画像であり、複数画像生成部５２はこ
れら画像を時間ごとに図示しないデータバッファに貯え
てから比較することにより、見る角度を変えた画像同士
を比較することができる。すなわち、この実施の形態５
では、パラメータは視野角である。

【００８９】同図において、１、２、３、４、５、６、
７は図１のものと同一または同等の手段である。スクイ
ント角指示器１０は、空中線２のビームが同じ地形を照
射するように指向方向を指示する。スクイント角指示器
１０により、いわばスポットライト的にビームが照射さ
れる。なお、このレーダ装置の動作原理については、説
明の都合上、最後に説明する。また観測のジオメトリを
図１８に示す。同図は図１１と同様の図である。この実
施の形態５においてはアンテナ２はスクイントしている
ものとする。

【００９０】次に動作について説明する。図１７におい
て送信機１から合成開口処理部７までの動作は図１のも
のと同様である。スクイント角指示器１０は送受信アン
テナ２のスクイント角を決定しアンテナを駆動する。複
数画像生成部５２は、図示しないデータバッファを備
え、図１７のレーダ部が出力する画像を記憶する。

【００９１】図１８において、はじめに、プラットフォ
ームＰ／Ｆ−ａの位置から観測点Ｐを観測し、得られた
等高線間隔と干渉画像を複数画像生成部５２の図示しな
いデータバッファに格納する。次にプラットフォームＰ
／Ｆ−ｂの位置から観測点Ｐを観測するためにアンテナ
スクイント角を調整して再び観測を行い、等高線間隔と
干渉画像を得る。画像融合部５３、位相アンラップ部５
４はこれらの等高線間隔と干渉画像から３次元地形デー
タを求める。

【００９２】先に述べたように、干渉画像の位相差ΔΦ
はアンテナのスクイント角度に依存するので、この装置
で得られた３次元地形データの高度分解能は一般に異な
ったものとなる。従ってこの実施の形態５の装置によれ
ば、スクイント角度の異なる条件で数多く観測すること
により、各々高度分解能は異なる３次元地形データを同
時に得ることができる。

【００９３】実施の形態６．この実施の形態６を図１９
について説明する。図において、１、２、３、４、、
５、６、７は図１のものと同一または同等の手段であ
る。この実施の形態６においてはアンテナ２はスクイン
トしているものとする。

【００９４】次に動作について説明する。図１９におい
て送信機１からパルス圧縮部５までの動作は図１のもの
と同一である。帯域分割部６は信号を帯域に応じて３つ
以上に分割する。合成開口処理部７はこれらの分割され
た各々の信号からＳＡＲ画像を再生し、干渉処理部４５
はそれらを組み合わせて干渉画像を得る。これらの干渉
画像から３次元地形データを得るまでの動作は図１と同
様である。

【００９５】この実施の形態で得られた３次元地形デー
タの高度分解能は後述の式により与えられるが、ここに
ベースライン長は干渉処理部８が組み合わせる２つの信
号の中心周波数の差に相当している。従って本発明では
帯域分割部６の出力信号の中心周波数を不等間隔にする
ことによって、各々高度分解能は異なる３次元地形デー
タを同時に得ることができる。

【００９６】このように本実施の形態の構成によれば、
複数のスクイント角で受信した信号から２つを選択して
組み合わせることにより、高さ分解能の異なる複数の３
次元地形データをオペレータに同時に提供できて、３次
元地図生成部が適切に動作しない場合でも、オペレータ
が容易にこれを検出あるいは訂正することができる。

【００９７】実施の形態７．この実施の形態７を図２０
について説明する。同図において８、５２は図１ののも
のと同一または同等の手段である。５１は図１７等のレ
ーダ部と同一の手段である。同図によれば、レーダ部５
１を複数備え、複数画像生成部５２がそれに対応するよ
うに構成されている。したがって、画像の組合せ数が増
加する。また観測のジオメトリを図２１に示す。同図に
おいて、２ｂは送受信アンテナ２ａとy軸方向にベース
ラインByだけ隔てて設置された受信アンテナである。こ
の実施の形態においてもアンテナ２はスクイントしてい
るものとする。アンテナ２ａ，２ｂは図２０で２つある
レーダ部のそれぞれに対応している。

【００９８】次に動作について説明する。図２０のレー
ダ部の動作は前述の実施の形態の場合と同様である。複
数画像生成部５２ｃの干渉処理部８ａ〜８ｄは、レーダ
部５１からの画像の組み合わせにより４通りの干渉画像
を生成する。干渉処理部８は、例えば、実施の形態５の
ように送受信アンテナ２で受信した信号を帯域分割した
信号により干渉画像を生成するので、前述のように高度
分解能をもつ３次元地図を得る。

【００９９】従ってこの実施の形態７では、アンテナ２
ａ，２ｂの設置間隔とスクイント角度によって高度分解
能が各々異なる３次元地形データを同時に得ることがで
きる。

【０１００】このように本実施の形態７の構成によれ
ば、複数のスクイント角で受信した信号から２つを選択
して組み合わせることにより、高さ分解能の異なる複数
の３次元地形データをオペレータに同時に提供できて、
３次元地図生成部が適切に動作しない場合でも、オペレ
ータが容易にこれを検出あるいは訂正することができ
る。

【０１０１】実施の形態８．この実施の形態８を図２２
について説明する。図において、１、２、３、４、５、
７、８は図１のものと同一あるいは相当の手段である。
高度差算出部６１は位相アンラップを行うとともに、ア
ンラップ後の位相に基づき高度情報を算出する。３次元
地図生成部６２は、高度差算出部６１により算出された
高度情報に基づき３次元地図を生成する。データベース
６３は、３次元地図生成部６２で生成された３次元地図
を格納する。またこの実施の形態８における観測のジオ
メトリは図１１に示したものと同様である。

【０１０２】次に動作について説明する。図２２におい
て送信機１から３次元地形データを得るまでの動作は前
述の場合と同様である。得られた３次元地形データの高
度分解能は前述の式に従い、送信キャリア周波数に依存
する。そこで送信機１ａと１ｂのキャリア周波数を変え
ておけば、高度分解能の異なる２種類の３次元地形デー
タを得ることできる。従ってこの実施の形態８では、送
信キャリア周波数よって高度分解能が各々異なる３次元
地形データを同時に得ることができる。

【０１０３】なお、送信機１ａと１ｂの出力、および受
信機４ｃと４ｄの入出力を時分割で切り換えることによ
り、アンテナや信号処理部分を共用して構成を簡略化し
てもよい。

【０１０４】このように本実施の形態の構成によれば、
複数のキャリア周波数で送受信した信号から２つを選択
して組み合わせることにより、高さ分解能の異なる複数
の３次元地形データをオペレータに同時に提供できて、
３次元地図生成部が適切に動作しない場合でも、オペレ
ータが容易にこれを検出あるいは訂正することができ
る。

【０１０５】実施の形態９．この実施の形態９を図２３
について説明する。同図において、１、２、３、４、
５、６、７、８、６１、６２、６３は図２２のものと同
一または同等の手段である。６４は送信機１を切り換え
る切り換えスイッチである。またこの実施の形態におけ
る観測のジオメトリは図１８に示したものと同様であ
る。

【０１０６】次に動作について説明する。受信機４から
３次元地形データを得るまでの動作は図２２と同様であ
る。図２３において切り換えスイッチ６４は送信機１ａ
と１ｂの出力、および受信機４ａと４ｂの入力を同期し
て切り換える。送信機４ａと受信機４ａのキャリア周波
数と、送信機１ｂと受信機４ｂのキャリア周波数を変え
ておけば、３次元地形地図生成部６２ａ，６２ｂの３次
元地形データの高度分解能を変えることができる。

【０１０７】従ってこの実施の形態９では、送信キャリ
ア周波数よって高度分解能が各々異なる３次元地形デー
タを同時に得ることができる。

【０１０８】このように本実施の形態の構成によれば、
複数のキャリア周波数で送受信した信号から２つを選択
して組み合わせることにより、高さ分解能の異なる複数
の３次元地形データをオペレータに同時に提供できて、
３次元地図生成部が適切に動作しない場合でも、オペレ
ータが容易にこれを検出あるいは訂正することができ
る。

【０１０９】実施の形態１０．この実施の形態１０を図
２４について説明する。図において、１、２、３、４、
５、７、８、６１、６２、６３、６４、６５は図２３の
ものと同一または同等の手段である。またこの実施の形
態における観測のジオメトリは図１８に示したものと同
様である。

【０１１０】次に動作について説明する。送信機１で発
生した高周波パルス信号は、送受切換器３、切り換え器
６４を通して、送受信アンテナ２から２つの観測点を含
む地表面へ向けて照射し、その反射波を送受信アンテナ
２および受信アンテナ３で受信する。ここで送受信アン
テナ２ａは垂直偏波、２ｂは水平偏波、受信アンテナ３
ａは垂直偏波、３ｂは水平偏波とすると、切り換え器６
４ａ、ｂの適切な切り換え動作によって、次の４通りの
偏波の組合せが実現できる。（１）垂直偏波で送信して垂直偏波で受信する（２）垂直偏波で送信して水平偏波で受信する（３）水平偏波で送信して垂直偏波で受信する（４）水平偏波で送信して水平偏波で受信する

【０１１１】得られた信号は受信機４で増幅検波され
て、一連の処理を受けて３次元地形データが得られる
が、これらの動作は図２３と同様である。ただし切り換
え器６４ｃ〜ｄは、切り換え器６４ａ、ｂの４つの状態
に同期して切り替わって受信信号をデータバッファ６５
ａ〜ｄおよび６５ｅ〜ｈにそれぞれ格納し、その後、切
り換え器６４ｃ，ｄと切り換え器６４ｅを同期して切り
換えながら合成開口処理部から３次元地図生成部までの
一連の処理を行う。

【０１１２】従ってこの実施の形態１０では、送受信の
偏波の組み合わせによって各々異なる３次元地形データ
を同時に得ることができる。

【０１１３】このように本実施の形態の構成によれば、
複数の偏波の組み合わせで送受信した信号から２つを選
択して組み合わせることにより、電波散乱状態の異なる
複数の３次元地形データをオペレータに同時に提供でき
て、３次元地図生成部が適切に動作しない場合でも、オ
ペレータが容易にこれを検出あるいは訂正することがで
きる。

【０１１４】実施の形態１１．この実施の形態１１を図
２５について説明する。図において、１、２、３、４、
５、６、７、８、６１、６２、６３、６４、６５は図２
４のものと同一または同等の手段である。またこの実施
の形態における観測のジオメトリは図１８に示したもの
と同様である。

【０１１５】次に動作について説明する。送信機１で発
生した高周波パルス信号は、送受切換器３、切り換え器
６４ａを通して、送受信アンテナ１から２つの観測点を
含む地表面へ向けて照射し、その反射波を送受信アンテ
ナ２で受信する。ここで送受信アンテナ２ａは垂直偏
波、２ｂは水平偏波とすると、切り換え器６４ａの送受
毎の適切な切り換え動作によって、前述の場合と同様
に、垂直偏波で送信して垂直偏波で受信する、垂直偏波
で送信して水平偏波で受信する、水平偏波で送信して垂
直偏波で受信する、水平偏波で送信して水平偏波で受信
する、の４通りの観測を行うことができる。

【０１１６】得られた信号は受信機４で増幅検波され
て、一連の処理を受けて３次元地形データが得られる
が、これらの動作は図２４と同様である。ただし切り換
え器６４ｂは、切り換え器６４ａの４つの状態に同期し
て切り替わって受信信号をデータバッファ６５ａ〜ｄに
それぞれ格納し、その後、切り換え器６４ｃと同期して
切り換えながら４種類の偏波の組み合わせ状態毎に合成
開口処理部から３次元地図生成部までの一連の処理を行
う。

【０１１７】従ってこの実施の形態では、送受信の偏波
の組み合わせによって各々異なる３次元地形データを同
時に得ることができる。

【０１１８】このように本実施の形態の構成によれば、
複数の偏波の組み合わせで送受信した信号から２つを選
択して組み合わせることにより、電波散乱状態の異なる
複数の３次元地形データをオペレータに同時に提供でき
て、３次元地図生成部が適切に動作しない場合でも、オ
ペレータが容易にこれを検出あるいは訂正することがで
きる。

【０１１９】＜図１７のレーダ装置の動作原理＞以下の
説明は、このレーダ装置の(1) 動作原理、(2) 高度を求
めるための数式、(3) 具体的構成とその動作説明の順序
で行う。

【０１２０】［動作原理］干渉型高分解能レーダ装置の
原理は、異なる位置から電波を照射して得られた視野の
異なる２枚の画像を比較することにより、対象としてい
る地点の高度を得るという、いわゆるステレオ視と同様
の原理に基づくものである。ただし、ステレオ視は画像
おいて表現された対象物の傾き（歪み）の差に基づき高
度を得るものであるが、このレーダ装置においては対象
物からの反射波の位相差に基づき高度を得る点で相違す
る。これら２枚の画像を得るために必要な電波放射点の
位置のずれは進行方向に平行にずれていても、あるいは
垂直にずれていてもどちらでもよい。

【０１２１】たとえば、図２７に示すように、同じ高度
で同じ方向に２機の航空機１０１−１，１０１−２が互
いにベースラインＢだけ離れて飛行しているとする。こ
の図２７よれば、航空機は２機であるとも、１機の航空
機を異なる時刻の位置について同じ図に表現したとも、
いずれにも考えることができる。以下の説明では、より
実用的である後者の見方をとる。

【０１２２】同図は鉛直方向から地表を見た図である。
また、図２８は進行方向から航空機１０１を見た図であ
る（航空機１０１−１と１０１−２とは重なってい
る）。これらの図において、水平面にｘｙ平面をとり、
この面に垂直にｚ軸をとっている（なお直交座標系に限
らず（ｒ，θ）極座標系でもよい）。航空機１０１はｘ
軸上を高度Ｈで正の方向に飛行している。図２７及び図
２８において、点Ｐ1 、点Ｐ2 は航空機１０１−１、１
０１−２の位置である。点Ｑは地形上の反射点、点Ｒは
点Ｑの地形の基準面（たとえば東京湾の水準面）におけ
る仮想反射点である。点Ｑ、点Ｒはｙ軸上にある。点Ｑ
の高さと点Ｒの高さの差が点Ｑの高さ（標高）ｈに対応
する。このレーダ装置は、この高さｈを求めるためのも
のである。ｒ1Qは点Ｐ1 と点Ｑとの間の距離、ｒ2Qは点
Ｐ2 と点Ｑとの間の距離、ｒ1Rは点Ｐ1 と点Ｒとの間の
距離、ｒ2Rは点Ｐ2 と点Ｒとの間の距離である。また、
点Ｐ1の座標を（ｘ1 ，０，Ｈ）と、点Ｐ2 の座標を
（ｘ2 ，０，Ｈ）と、点Ｑの座標を（０，ｙ0 ，ｈ）
と、点Ｒの座標を（０，ｙ0 ，０）とする。

【０１２３】図２７からわかるように、アンテナのビー
ムは航空機１０１の斜め後方に向けられている。このビ
ームとｘ軸とのなす角度をスクイント角と呼ぶ（なお、
線分Ｐ1 Ｑ、Ｐ2 Ｑがｘ軸とのなす角度はスクイント角
と必ずしも一致しない。ビームは一定の幅を有している
からである）。アンテナのビームは航空機の右左どちら
側に向けられていてもよいし、また、斜め前方でもよ
い。従来においてスクイント角は９０度であったが、こ
のレーダ装置ではスクイント角は、たとえば４５度程度
に選択される。この理由については後述する。

【０１２４】航空機１０１−１及び１０１−２により、
図３１に示す画像Ａ及び画像Ｂの２種類の画像が得られ
る。この場合、互いに異なる視点（アンテナの位置）Ｐ
1 、Ｐ2 からの２枚の画像が得られるから、これらを比
較して位置情報を求めることにより対象としている地点
Ｑの高度ｈが得られる。

【０１２５】図３１において画像Ａ、ＢのφA1、φB1、
・・・、φA9、φB9はそれぞれ１つの画素（ピクセル）
の位相を示す。これらは画像Ａ、Ｂを構成する画素の一
部である。φA1とφB1、φA2とφB2、・・・はそれぞれ
地形上の同じ地点を示している。図３１のような画像
Ａ、Ｂは、よく知られている高分解能レーダにより得ら
れた時系列データを２次元フーリエ変換することにより
得られる。地形上の同じ地点は画像Ａ、Ｂにおいて必ず
しも同じ位置に現れるとは限らないが、２つの画像同士
をピクセルごとに比較することにより対応関係を求める
ことができる。また、φA1、φB1、・・・は、レーダ装
置において反射信号を受信するまでの時間を測定するこ
とにより容易に測定できる。

【０１２６】ここで、たとえばφA1及びφB1が図２７の
Ｑ点に対応するものと仮定する。これらの位相の差Δφ
1 ＝φB1−φA1が求められる。Δφ1 は距離Ｐ2 Ｑと距
離Ｐ1 Ｑとの差（ｒ2Q−ｒ1Q）に相当する。航空機１０
１の自分の位置Ｐ1 （ｘ1 ，０，Ｈ）及びＰ2 （ｘ2 ，
０，Ｈ）は既知であるし、ベースラインＢはそのときの
速度ｖ、Ｐ1 の時刻ｔ1 、Ｐ2 の時刻ｔ2 とから容易に
求められる（Ｂ＝ｖ（ｔ2 −ｔ1 ））。このように、点
Ｑまでの距離の差（ｒ2Q−ｒ1Q）、視点の位置Ｐ1 （ｘ
1 ，０，Ｈ）及びＰ2 （ｘ2 ，０，Ｈ）、視点間のベー
スラインＢが与えられると、点Ｑがその上に存在すべき
曲面（双曲面）が定まる。図３２はたとえばｘ軸の正の
方向からｙｚ平面を見た図であるが、図３２の点線がこ
の曲面であるとすると、φA1、φB1により曲線のＡ部が
切り取られる。このＡ部により点Ｑの位置（０，ｙ0 ，
ｈ）が与えられる。なお、後述する処理において平均が
とられた場合、図のＡ部の中間が点Ｑの位置として出力
される。

【０１２７】また、仮想反射点Ｒ（点Ｑを基準面に投影
した点。実際の反射点ではないが高さｈを求めるための
基準として用いられる）は点Ｑに基づき定められる。以
上の処理により点Ｑ及び点Ｒの位置が求められるから、
点Ｑの高さがわかる。

【０１２８】ここで、レーダ装置が、従来の装置の課題
をどのように解決しているか簡単に説明する。 (1) ２つのアンテナを必要としない点地形をマッピングするには２つの画像における同一点を
比較し、その位相差を得る必要がある。１つのアンテナ
では１つの画像しか得られないため、従来の装置は図３
３及び図３４のように２つのアンテナを備えた。一方、
プラットホームが移動していることに着目して２つの画
像を得ることができるが、この場合、図３５及び図３６
に示すように、両者における距離ｒ，ｒ’間に位相差が
生じない（ｒ＝ｒ’）ために地形の高度を得ることはで
きない。そのため、２つのアンテナを備える場合は、図
３３及び図３４のようにプラットホームの進行方向とは
垂直の線上に配置した。

【０１２９】しかし、このレーダ装置では、スクイント
角を９０°でない角度（たとえば４５°）に設定したの
で、プラットホームが移動していることに着目して得た
２つの画像における同一点に関して位相差が生じ、上述
のように地形の高度を得ることができる。

【０１３０】(2) ロール角や地形表面までの高度を知る
必要がない点従来の装置において、図３３及び図３４のように２つの
アンテナをプラットホームの進行方向とは垂直の線上に
配置した。したがって、図３４の点線で示すようにプラ
ットホームが傾くと、その傾き（ロール角）により２つ
のアンテナ間において位相差が生じ、測定高度の誤差の
原因となった。しかし、このレーダ装置の装置では、ア
ンテナが１つであるためかかる問題は原理的に生じな
い。したがって、誤差補正のためのロール角計や電波高
度計を必要としない。もっとも、ロール角の変化は、ア
ンテナのビームが同じ部分を照射する範囲内である必要
はある。

【０１３１】［高度を求めるための数式］以上の動作原
理により点Ｑの高さを求めることができる。次に、その
ための好適な具体的処理方法を提供する数式について説
明する。なお、以下の説明において地球面を平面として
取り扱う。

【０１３２】図２７及び図２８に示すように、プラット
フォームＰ1 から観測点Ｑを観測する際の往復の電波伝
播距離をｒ1Q、プラットフォームＰ2 から観測点Ｑを観
測する際の往復の電波伝播距離をｒ2Qとおくと、次のよ
うに書ける。ｒ1Q＝２｛（Ｈ−ｈ）²＋ｘ0²＋ｙ0²｝^1/2 (1) ｒ2Q＝２｛（Ｈ−ｈ）²＋（ｘ0 ＋Ｂ）²＋ｙ0²｝^1/2 (2) ただし、ｘ1 ＝ｘ0 ，ｘ2 ＝ｘ0 ＋Ｂである。

【０１３３】これらの式をテイラー展開して２次の項ま
で求め、これら２つの距離ｒ1Q、ｒ2Qとの差ΔｒQ を求
めると式(3) のように書ける。 ΔｒQ ＝ｒ2Q−ｒ1Q ２［（ｘ0 Ｂ＋（Ｂ²／２））・｛（１／Ｒ1）＋（ｈ・Ｈ／Ｒ1³）＋（ｈ²／２）（（３Ｈ²／Ｒ1⁵）−（１／Ｒ1³））｝ −（ｘ0²Ｂ²／２）｛（１／Ｒ1³）＋（ｈ・３Ｈ／Ｒ1⁵）＋（ｈ²／２）（１５Ｈ²／Ｒ1⁷−（３／Ｒ1⁵））｝］ (3) ただし、Ｒ1 ＝（Ｈ²＋ｘ0²＋ｙ0²）^1/2 (4)

【０１３４】差ΔｒQ は、観測点Ｑの画素の位相差Δφ
Q （先に述べたΔφ1 ＝φB1−φA1に相当する）と式
(5) の関係にある。 ΔφQ ＝（２π／λ）・ΔｒQ (5) ただし、λはアンテナから放射される電波の波長であ
る。

【０１３５】Ｈ、Ｂ、λは既知であり、上記式(3) 、
(4) 、(5) からわかるようにΔφQ はｘ0 ，ｙ0 ，ｈの
関数である。これらの式から定められる関数をＱとすれ
ば、 ΔφQ ＝Ｑ（ｘ0 ，ｙ0 ，ｈ） (6) また、ΔφQ は先に述べたように２つの画像のピクセル
ごとに位相を比較することにより得られる。ΔφQ を平
面的に表した図面の一例を図２７６２に示す。図３７は
位相差の等高線を示す。地形が完全に平面であれば多数
の平行線が現れる縦じま模様になる。同図の左側と右側
に等高線の乱れがあるが、これらの部分は、山岳等の起
伏がある地形である。ある座標（ｘ0 ，ｙ0 ）が与えら
れれば上記式(6) をｈについて解くことにより高さを知
ることができる。すなわち、ｈ＝ｈ（ｘ0 ，ｙ0 ，ΔφQ ） (7)

【０１３６】以上の式により高さｈを原理的に求めるこ
とができる。しかし、実際に演算する上で多少問題があ
る。式(3) を見るとｈを含む項と含まない項とがある。
一般的にｈ《Ｒ1 であるから、（ｈを含む項）《（含ま
ない項）である。このように絶対値が大きく異なる値同
士を計算機上で加算あるいは減算する場合、計算機の桁
数が限られることからその演算誤差を無視できなくな
る。

【０１３７】そこで仮想反射点という概念を導入するこ
とによりかかる不都合を解決する。仮想反射点とは、地
形が平面形状であるとした場合の反射点である。仮想反
射点は完全な平面上の点であるから、図２７６２のよう
な画像で表せば多数の平行線が現れる縦じま模様にな
る。上記式(3) (5) による位相差ΔφQ と仮想反射点に
よる位相差との差をとるとｈを含まない項は消去され、
上述の問題は生じない。

【０１３８】プラットフォームＰ1 、Ｐ2 から仮想観測
点Ｒを観測したと仮定した場合、これらの地点との往復
の電波伝播距離をそれぞれｒ1R、ｒ2Rとおくと、次のよ
うに書ける。ｒ1R＝２｛Ｈ²＋ｘ0²＋ｙ0²}^1/2 ＝２Ｒ1 (8) ｒ2R＝２｛Ｈ²＋(ｘ0＋Ｂ)²＋ｙ0²｝^1/2 (9) ただし、ｘ1 ＝ｘ0 ，ｘ2 ＝ｘ0＋Ｂである。

【０１３９】これら２つの距離の差ΔｒR は、式(3) と
同様にの式(10)のように書ける。また、仮想観測点Ｒの
位相差ΔφR は式(11)により求められる。

【０１４０】 ΔｒR ＝ｒ2R−ｒ1R ２［（ｘ0 Ｂ＋（Ｂ²／２））・（１／Ｒ1） −（ｘ0²Ｂ²／２）（１／Ｒ1³）］ (10) ΔφR ＝（２π／λ）・ΔｒR (11)

【０１４１】以上から、ΔφQ とΔφR との差Δφは次
式(10)により得られる。 Δφ＝ΔφR −ΔφQ −（４π／λ）・［｛ｘ0 ＋（Ｂ／２）−（３Ｂｘ0²／２Ｒ1²）｝・（ｈ・ＢＨ／Ｒ1³）＋｛（３Ｈ²／Ｒ1²）−１）（ｘ0 ＋（Ｂ／２）） −（３Ｂｘ0²／２）（（５Ｈ²／Ｒ1⁴）−（１／Ｒ1²）｝・（Ｂ／Ｒ1³）（ｈ²／２）］ (12)

【０１４２】ところで、先に述べたように、航空機１０
１の高度Ｈは既知であるからＲ1 はｘ0 及びｙ0 の関数
である（Ｒ1 ＝ｇ（ｘ0 ，ｙ0 ））。また、ベースライ
ンＢ、送信信号の波長λも既知である。したがって式(1
2)の右辺はｘ0 、ｙ0 及びｈの関数である。式(12)を書
き直すと Δφ＝ｆ（ｘ0 ，ｙ0 ，ｈ） (13) である。

【０１４３】一方、ΔφQ は、先に述べたように、図３
１の画像ＡとＢを比較することにより得られる（ΔφQ
＝φB1−φA1）。また、ΔφR は、点Ｐ1 及び点Ｐ2 の
座標が既知であることから計算によって求めることがで
きる（ΔφR ＝ｍ（ｘ0 ，ｙ0 ））。したがって、式(1
3)の左辺ΔφはΔφR −ΔφQ の演算により求められ
る。Δφを平面的に表した図面の一例を図３８に示す。
図３８は、図３７の左の部分を拡大したものであり、図
３８の中央右の半島状の等高線で表される地形は、図３
７の左側の地形に相当する。同図において、等位相線が
等高線に対応しており、この図は地形図として使うこと
ができる。よって、式(13)をｈについて解くことにより
高さを求めることができる。ｈ＝ｈ’（ｘ0 ，ｙ0 ，Δφ） (14)

【０１４４】［具体的構成とその動作説明］次にレーダ
装置の具体的構成について説明する。図２６において、
１は送信信号を発生する送信機、２は送信信号を放射す
るとともに地形からの反射波を受信するアンテナ、３は
送信機１からの信号をアンテナ２に供給するとともにア
ンテナ２の受信信号を受信機４に供給する送受切換器、
４は周波数変換、検波等の受信処理を行う受信機、５は
送信機１で行われる変調処理に対応して復調処理を行い
レンジ方向（アンテナのビーム方向）の分解能を改善す
るパルス圧縮部、６はパルス圧縮部５の出力を分割する
信号分割部（具体的な分割方法については後述する）、
７ａ，７ｂは信号分割部６により分割された信号それぞ
れに設けられ合成開口処理（ＳＡＲ処理）を行う合成開
口処理部、８は合成開口処理部７ａ，７ｂの出力を比較
して両者の位相差を求める干渉処理部、９はスクイント
角度θS （航空機１０１の進行方向とビームとのなす角
度）に基づき上述の仮想反射点に関して干渉処理を行う
干渉処理部、１０はスクイント角θS を出力するスクイ
ント角度計、１１は干渉処理部８の出力と仮想反射点干
渉処理部９の出力に基づいて高度ｈを求める高度差算出
部、１２は高度差算出部１１により算出された地形の高
度ｈが蓄積される三次元地形データベースである。

【０１４５】送信機１及びパルス圧縮部５で行われるパ
ルス圧縮処理には、チャープ変調やバーカーコードを用
いた変調等の公知の処理方法が用いられる。このパルス
圧縮処理によりレンジ方向の高分解能化がなされる。信
号分割部６は、後述の周波数ｆｄを境界とする低域通過
フィルタ６ａ，高域通過フィルタ６ｂとから構成され
る。合成開口処理部７ａ，７ｂで行われる合成開口処理
には、マッチドフィルタを用いた公知の処理方法が用い
られる。この合成開口処理によりクロスレンジ方向（レ
ンジ方向と直交する方向）の高分解能化がなされる。こ
の合成開口処理と前述のパルス圧縮処理と併せてレーダ
画像全体の高分解能化が行われ、航空写真と同じような
高分解能レーダ画像が得られる。合成開口処理部７ａ，
７ｂはたとえば図３１の画像Ａ、Ｂをそれぞれ出力す
る。

【０１４６】干渉処理部８は、前述のように２つの画像
間の位相差を求める。すなわち、任意の座標（ｘ0 ，ｙ
0 ）についてΔφQ ＝φB1−φA1を求める。なお、（ｘ
0 ，ｙ0 ）が直接与えられず、航空機１０１の位置情報
（ベースラインＢ、高度Ｈ、速度ｖ、時刻ｔ）から求め
る場合にはスクイント角θS を利用することもある。干
渉処理部８の出力は式(12)のΔφQ である。

【０１４７】仮想反射点干渉処理部９は、式(10)を計算
することにより式(12)のΔφR を求める。この処理にお
いて画像の位相は観測によって与えられないから、航空
機１０１の位置情報（ベースラインＢ、高度Ｈ、速度
ｖ、時刻ｔ）及びスクイント角度計１０が出力するスク
イント角θS に基づき座標（ｘ0 ，ｙ0 ）計算して求め
る。

【０１４８】スクイント角度計１０が出力するスクイン
ト角θS は、アンテナ２のビームがそのプラットホーム
である航空機１０１の進路となす角度である。したがっ
て、スクイント角度計１０はアンテナ２の軸に機械的に
結合されたロータリーエンコーダやシンクロ発信器等の
角度指示装置である。

【０１４９】高度差算出部１１は、干渉処理部８が出力
する式ΔφQ と仮想反射点干渉処理部９が出力するΔφ
R との差を求め、式(12)のΔφを求める。同時に、式(1
2)の右辺を計算する。するとｈについての多項式が得ら
れるからｈについて解くと高度ｈ（ｘ0 ，ｙ0 ）が得ら
れる。

【０１５０】次に２種類の画像Ａ、Ｂを得るための信号
分割部６の具体的な動作について説明する。航空機１０
１は移動しているから、図２７の航空機１０１−１、１
０１−２は同じものとすることが可能である。ただし、
航空機１０１−１と航空機１０１−２とで同じ地点Ｑを
照射しなければならない。アンテナ２のビームは一定の
広がりがあるから、これは可能である。

【０１５１】図２９において、航空機１０１−１のビー
ム１０２−１は地表の領域（フットエリア）１０３−１
を照射している。ここで領域１０３−１を領域Ａ（１０
３−１Ａ）と領域Ｂ（１０３−１Ｂ）とに区別して考え
る。図２９によれば、領域Ａは点Ｑを照射していない
が、領域Ｂは点Ｑを照射している。したがって、ビーム
１０２−１による受信信号から領域Ｂの部分の受信信号
を取り出して合成開口処理をすれば航空機１０１−１か
ら見た高分解能レーダ画像が得られる。

【０１５２】次に、航空機が１０１−２の位置に移動し
たとする。このとき領域Ａは点Ｑを照射し、領域Ｂは点
Ｑを照射しない。したがって、ビーム１０２−２による
受信信号から領域Ａの部分の受信信号を取り出して合成
開口処理をすれば航空機１０１−２から見た高分解能レ
ーダ画像が得られる。

【０１５３】以上の説明からわかるように、１つのビー
ム１０２を航空機１０１の進行に伴い同じ地点を順に照
射するように分割すれば（たとえばビームの照射中心の
右側と左側とに分割する）、１つのビームにより異なる
視点からの２種類のレーダ画像を得ることができる。

【０１５４】このようなビームの分割は、たとえば受信
信号をある周波数ｆｄを境界として低域部分と高域部分
とに分割することにより可能である。図３０は、受信信
号の電力の周波数分布の一例である。同図からわかるよ
うに受信信号のスペクトルは周波数ｆｄを中心に一定の
幅Δｆ（＝ΔｆL ＋ΔｆU ）をもって分布している。こ
れはスクイント角θS が９０°でないから、ビームの広
がりに応じてドップラー周波数の広がりを持つためであ
る（θS ＝９０°のときドップラー周波数ｆｄはゼロで
ある）。ドップラー周波数ｆｄ及びスペクトルの分布Δ
ｆL 、ΔｆU は、ビーム１０２内の分割のための境界線
がどの位置になるのかということと、航空機１０１の速
度の成分ｖ・cos θS 及び波長λにより定まる。なお、
前にスクイント角θS を９０°としないことにより高さ
ｈを求めることができると説明したが、このことはレー
ダ装置において１つのビームを２つに分割するためにも
必要である。

【０１５５】図３０の周波数ｆｄを中心とする低域成分
ΔｆL と高域成分ΔｆU は、それぞれ図２９の領域１０
３−１Ｂ、１０３−１Ａに相当する。これは領域１０３
−１Ａに対応するスクイントθS は、領域１０３−１Ｂ
のそれよりも大きいからドップラー周波数の絶対値が高
くなるためである。

【０１５６】信号分割部６の低域通過フィルタ６ａ、高
域通過フィルタ６ｂは、図３０の低域成分ΔｆL 、高域
成分ΔｆU をそれぞれ出力する。合成開口処理部７ａ，
７ｂがそれぞれ合成開口処理を行うと、それぞれ航空機
１０１−１から見たレーダ画像と航空機１０１−２から
見たレーダ画像が得られる。

【０１５７】なお、図２９においてビーム１０２を航空
機１０１の斜め後ろに向けたが、逆に斜め前に向けるよ
うにしてもよい。なお、ビームの分割は２つに限らず３
つ以上であってもよい。この場合、信号分割部６のフィ
ルタは３つとなり、そのうちのひとつは帯域通過フィル
タである。

【０１５８】次にスクイント角θS の設定方法について
説明する。従来のストリップ・マッピングＳＡＲにおい
てスクイント角は９０度であったが、これでは前述のよ
うに１つのビームを信号を周波数分割することにより２
つの画像を得ること、及び、１つのアンテナにより高さ
を求めることは不可能である。これら２つの目的のため
には、スクイント角θS は０°（または１８０°）に近
い程有利である。しかし、ＳＡＲのクロスレンジ分解能
はスクイント角θS は０°（または１８０°）に近い程
劣化する。したがってスクイント角θS は４５°程度が
望ましい。もっともこれに限るものでなく、必要とされ
るクロスレンジ分解能を確保できる範囲でなるべくスク
イント角θS を０°（または１８０°）に近づけるとよ
い。

【０１５９】以上のように、このレーダ装置によれば次
のような優れた効果を奏する。 (1) スクイント角を９０°でなく、たとえば４５°（１
３５°）程度にしてビームを斜めに向けることにより、
ある位置におけるプラットホームと地表上の点との間の
第１の距離と、同じ進路上の異なる位置におけるプラッ
トホームと同じ地表上の点との間の第２の距離とに差が
生じるので、同じ進路上の複数のプラットホームあるい
は異なる複数の位置の同じプラットホームにより得られ
た複数の画像に基づき地形の高さを計測するための距離
（位相）情報を得ることができる。従来の装置は、地形
の高さを計測するための距離（位相）情報を得るために
アンテナが２つ必要であったが、このレーダ装置によれ
ばアンテナが１つですむ。

【０１６０】(2) アンテナが１つですむことにより、プ
ラットホームの傾き（ロール角）の影響を原理的に受け
ない。従来はアンテナが２つあるので傾きにより両者の
受ける信号間の位相差が変化した。なお、アンテナをプ
ラットホームの中心に配置するのが望ましい。 (3) スクイント角を９０°でなく、たとえば４５°（１
３５°）程度にしてビームを斜めに向けることにより、
１つのビームによる受信信号の周波数分布に幅が生じる
から、フィルタを用いて１つのビームを分割することが
できる。したがって１つのビームしかないときでも、異
なる視点から見た複数の画像を得ることができる。した
がって、複数のプラットホームを用意する必要はない。 (4) 実際の地形の反射点と仮想反射点との位相差を与え
る式(12)に基づき高さｈを求めるので、計算が容易にな
るとともに計算誤差を少なくすることができる。

【０１６１】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、合成
開口レーダ装置を用いて観測を行い、互いに観測条件が
異なる複数種類の地形画像を得る第１のステップと、上
記複数種類の地形画像を組合せ、画像を互いに干渉させ
ることにより地形の高さに対応する情報をもつ複数種類
の干渉画像を得る第２のステップと、上記複数種類の干
渉画像を融合する第３のステップと、融合された干渉画
像に基づき地形高さを算出する第４のステップとを備え
たので、互いに観測条件の異なる２枚以上の等位相線画
像を融合し、この融合された画像に基づき位相アンラッ
プを行うことにより、観測できない領域が存在しても位
相アンラップが可能になるとともに、位相アンラップの
精度が向上する。したがって、等高線画像を安定に得る
ことができる。

【０１６２】また、この発明によれば、上記第３のステ
ップに、上記複数種類の干渉画像と予め求められた仮想
反射点についての干渉画像とを比較することにより、上
記複数種類の干渉画像を地形の高さに対応する等位相線
をもつ複数の等位相線画像にそれぞれ変換する等位相線
画像生成ステップと、上記複数の等位相線画像を相互に
比較して一致領域あるいは不一致領域を検出する一致不
一致検出ステップと、上記不一致領域についてこれら等
位相線画像の位相情報の重み付け平均を求めてこの不一
致領域の位相情報とする平均算出ステップとを備えたの
で、不一致部分についてのみの処理で画像を融合でき
る。

【０１６３】また、この発明によれば、上記第３のステ
ップに、上記複数種類の干渉画像を相互に比較して一致
領域あるいは不一致領域を検出する一致不一致検出ステ
ップと、上記不一致領域についてこれら複数種類の干渉
画像の地形の高さに対応する情報の重み付け平均を求め
てこの不一致領域の地形の高さに対応する情報とする平
均算出ステップと、上記平均算出ステップで求められた
干渉画像と予め求められた仮想反射点についての干渉画
像とを比較することにより、上記平均算出ステップで求
められた干渉画像を地形の高さに対応する等位相線をも
つ等位相線画像に変換する等位相線画像生成ステップと
を備え、画像融合してから等位相線画像を生成するの
で、等位相線画像生成ステップの処理が簡単になる。

【０１６４】また、この発明によれば、上記平均算出ス
テップで求められた画像の良否を判定する良否判定ステ
ップと、この良否判定ステップの判定結果に基づき重み
パラメータを変更して上記平均算出ステップを再度実行
させる重みパラメータ変更ステップとを備えたので、判
定結果に基づき重みパラメータを適切に調整できて良好
な融合画像を得ることができる。

【０１６５】また、この発明によれば、上記第１のステ
ップにおける観測条件に、合成開口レーダ装置の周波
数、偏波、アンテナの位置、アンテナのスクイント角
度、又は、観測時期のうちの何れかひとつを含むので、
種々の観測条件に基づく画像を融合して精度の高い融合
画像を得ることができる。

【０１６６】また、この発明によれば、合成開口レーダ
部に、空中線と、上記空中線に送信信号を供給する送信
機と、上記空中線から信号を受けて受信処理を行う受信
機と、上記受信機の出力信号に基づきパルス圧縮処理を
行うパルス圧縮部と、上記パルス圧縮部の出力信号を分
割する帯域分割部と、上記帯域分割部の出力に基づきそ
れぞれ合成開口処理を行う複数の合成開口処理部とを備
えたので、少ない数の空中線で複数の画像を観測するこ
とができて装置の構成が簡単になる。最も少ない場合、
空中線の数は一つですむ。

【０１６７】また、この発明によれば、上記空中線の指
向方向を制御するスクイント角指示器を備えたので、上
記空中線のビームをスポットライト状に照射できて同じ
地形の複数の画像を続けて得ることができる。

【０１６８】また、この発明によれば、上記送信機の送
信周波数および上記受信機の受信周波数を調整可能に構
成したので、周波数ごとの複数の画像を続けて得ること
ができる。

【０１６９】また、この発明によれば、上記空中線の送
信偏波および受信偏波を切換可能に構成したので、偏波
ごとの複数の画像を続けて得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１の干渉型合成開口レ
ーダ装置の構成を示す機能ブロック図である。

【図２】この発明の実施の形態１の干渉型合成開口レ
ーダ装置における画像融合処理のフローチャートであ
る。

【図３】この発明の実施の形態１の干渉型合成開口レ
ーダ装置における位相アンラップ処理のフローチャート
である。

【図４】この発明の実施の形態１の干渉型合成開口レ
ーダ装置における画像処理の説明図である。

【図５】この発明の実施の形態１の干渉型合成開口レ
ーダ装置における位相アンラップ処理の説明図である。

【図６】この発明の実施の形態１の干渉型合成開口レ
ーダ装置における画像融合処理の説明図である。

【図７】この発明の実施の形態１の干渉型合成開口レ
ーダ装置における画像融合処理の説明図である。

【図８】この発明の実施の形態１の干渉型合成開口レ
ーダ装置における画像融合処理の説明図である。

【図９】この発明の実施の形態１の干渉型合成開口レ
ーダ装置における画像融合処理の説明図である。

【図１０】この発明の実施の形態１の干渉型合成開口
レーダ装置における画像融合処理の説明図である。

【図１１】この発明の実施の形態１の干渉型合成開口
レーダ装置の観測のジオメトリを示す図である。

【図１２】この発明の実施の形態２の干渉型合成開口
レーダ装置の構成を示す機能ブロック図である。

【図１３】この発明の実施の形態３の干渉型合成開口
レーダ装置の構成を示す機能ブロック図である。

【図１４】この発明の実施の形態４の干渉型合成開口
レーダ装置における画像融合処理のフローチャートであ
る。

【図１５】この発明の実施の形態４の干渉型合成開口
レーダ装置における画像融合処理の説明図である。

【図１６】この発明の実施の形態４の干渉型合成開口
レーダ装置における画像融合処理の説明図である。

【図１７】この発明の実施の形態５の干渉型合成開口
レーダ装置のレーダ部の構成を示す機能ブロック図であ
る。

【図１８】この発明の実施の形態５の干渉型合成開口
レーダ装置の観測のジオメトリを示す図である。

【図１９】この発明の実施の形態６の干渉型合成開口
レーダ装置のレーダ部の構成を示す機能ブロック図であ
る。

【図２０】この発明の実施の形態７の干渉型合成開口
レーダ装置のレーダ部の構成を示す機能ブロック図であ
る。

【図２１】この発明の実施の形態７の干渉型合成開口
レーダ装置の観測のジオメトリを示す図である。

【図２２】この発明の実施の形態８の干渉型合成開口
レーダ装置のレーダ部の構成を示す機能ブロック図であ
る。

【図２３】この発明の実施の形態９の干渉型合成開口
レーダ装置のレーダ部の構成を示す機能ブロック図であ
る。

【図２４】この発明の実施の形態１０の干渉型合成開
口レーダ装置のレーダ部の構成を示す機能ブロック図で
ある。

【図２５】この発明の実施の形態１１の干渉型合成開
口レーダ装置のレーダ部の構成を示す機能ブロック図で
ある。

【図２６】図１７の干渉型高分解能レーダ装置の構成
を示す機能ブロック図である。

【図２７】図１７の干渉型高分解能レーダ装置の動作
を説明するための図である。ｚ軸の正の方向からｘｙ平
面を見た図である。

【図２８】図１７の干渉型高分解能レーダ装置の動作
を説明するための図である。ｘ軸の正の方向からｙｚ平
面を見た図である。

【図２９】図１７の観測のジオメトリを示す図であ
る。

【図３０】図１７における受信信号の周波数分布を示
す図である。

【図３１】図１７の干渉型高分解能レーダ装置の動作
を説明するための図である。画像Ａ、Ｂのます目のひと
つは１つの画素を意味する。

【図３２】図１７の干渉型高分解能レーダ装置の動作
を説明するための図である。ｘ軸の正の方向からｙｚ平
面を見た図である。ｚ軸に平行な直線で区分された領域
は１つの画素を意味する。

【図３３】図１７の干渉型高分解能レーダ装置の動作
を説明するための、従来のアンテナ配置を示す図であ
る。

【図３４】図１７の干渉型高分解能レーダ装置の動作
を説明するための、従来のアンテナ配置におけるジオメ
トリを示す図である。

【図３５】図１７の干渉型高分解能レーダ装置の動作
を説明するための、スクイント角を９０度としたときの
ジオメトリを示す図である。

【図３６】図１７の干渉型高分解能レーダ装置の動作
を説明するための、スクイント角を９０度としたときの
ジオメトリを示す図である。

【図３７】図１７の干渉型高分解能レーダ装置により
得られた位相差等高線の例を示す図である。

【図３８】図１７の干渉型高分解能レーダ装置により
得られた位相差等高線の例を示す図である。

【符号の説明】

５１レーダ部、５２複数画像生成部、５３画像融
合部、５４位相アンラップ部。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】合成開口レーダ装置を用いて観測を行
い、互いに観測条件が異なる複数種類の地形画像を得る
第１のステップと、上記複数種類の地形画像を組合せ、画像を互いに干渉さ
せることにより地形の高さに対応する情報をもつ複数種
類の干渉画像を得る第２のステップと、上記複数種類の干渉画像を融合する第３のステップと、融合された干渉画像に基づき地形高さを算出する第４の
ステップとを備えた合成開口レーダ装置を用いた地形高
さ測定方法。
【請求項２】上記第３のステップに、上記複数種類の
干渉画像と予め求められた仮想反射点についての干渉画
像とを比較することにより、上記複数種類の干渉画像を
地形の高さに対応する等位相線をもつ複数の等位相線画
像にそれぞれ変換する等位相線画像生成ステップと、上
記複数の等位相線画像を相互に比較して一致領域あるい
は不一致領域を検出する一致不一致検出ステップと、上
記不一致領域についてこれら等位相線画像の位相情報の
重み付け平均を求めてこの不一致領域の位相情報とする
平均算出ステップとを備えたことを特徴とする請求項１
記載の合成開口レーダ装置を用いた地形高さ測定方法。
【請求項３】上記第３のステップに、上記複数種類の
干渉画像を相互に比較して一致領域あるいは不一致領域
を検出する一致不一致検出ステップと、上記不一致領域
についてこれら複数種類の干渉画像の地形の高さに対応
する情報の重み付け平均を求めてこの不一致領域の地形
の高さに対応する情報とする平均算出ステップと、上記
平均算出ステップで求められた干渉画像と予め求められ
た仮想反射点についての干渉画像とを比較することによ
り、上記平均算出ステップで求められた干渉画像を地形
の高さに対応する等位相線をもつ等位相線画像に変換す
る等位相線画像生成ステップとを備えたことを特徴とす
る請求項１記載の合成開口レーダ装置を用いた地形高さ
測定方法。
【請求項４】上記平均算出ステップで求められた画像
の良否を判定する良否判定ステップと、この良否判定ス
テップの判定結果に基づき重みパラメータを変更して上
記平均算出ステップを再度実行させる重みパラメータ変
更ステップとを備えたことを特徴とする請求項２又は請
求項３に記載の合成開口レーダ装置を用いた地形高さ測
定方法。
【請求項５】合成開口レーダ装置を用いて観測を行
い、互いに観測条件が異なる複数種類の地形画像を得る
第１のステップと、上記複数種類の地形画像を組合せ、画像を互いに干渉さ
せることにより地形の高さに対応する情報をもつ複数種
類の干渉画像を得る第２のステップと、複数種類の干渉画像それぞれに対応して地形高さを算出
する第３のステップと、上記第３のステップで求められた複数種類の地形高さ画
像を融合する第４のステップとを備えた合成開口レーダ
装置を用いた地形高さ測定方法。
【請求項６】上記第２のステップに、上記複数種類の
地形画像を組合せ、画像を互いに干渉させることにより
地形の高さに対応する情報をもつ複数種類の干渉画像を
得る干渉処理ステップと、上記干渉処理ステップで求め
られた複数種類の干渉画像と予め求められた仮想反射点
についての干渉画像とをそれぞれ比較することにより、
上記複数種類の干渉画像を地形の高さに対応する等位相
線をもつ等位相線画像に変換する等位相線画像生成ステ
ップとを備えたことを特徴とする請求項４記載の合成開
口レーダ装置を用いた地形高さ測定方法。
【請求項７】上記第１のステップにおける観測条件
に、合成開口レーダ装置の周波数、偏波、アンテナの位
置、アンテナのスクイント角度、又は、観測時期のうち
の何れかひとつを含むことを特徴とする請求項１ないし
請求項６いずれかに記載の合成開口レーダ装置を用いた
地形高さ測定方法。
【請求項８】合成開口レーダ装置を用いて観測を行
い、互いに観測条件が異なる複数種類の地形画像を得る
レーダ部と、上記レーダ部で得られた複数種類の地形画像を組合せ、
互いに干渉させることにより複数種類の干渉画像を得る
複数画像生成部と、上記複数画像生成部で得られた複数種類の画像を融合す
る画像融合部と上記画像融合部で得られた干渉画像を地
形の高さに対応する情報をもつ複数の画像に変換する位
相アンラップ部とを備えた干渉型合成開口レーダ装置。
【請求項９】合成開口レーダ装置を用いて観測を行
い、互いに観測条件が異なる複数種類の地形画像を得る
レーダ部と、上記レーダ部で得られた複数種類の地形画像を組合せ、
互いに干渉させることにより複数種類の干渉画像を得る
複数画像生成部と、上記複数画像生成部で得られた複数種類の干渉画像を地
形の高さに対応する情報をもつ複数の画像にそれぞれ変
換する位相アンラップ部と、上記位相アンラップ部で得られた複数種類の画像を融合
する画像融合部とを備えた干渉型合成開口レーダ装置。
【請求項１０】上記レーダ部に、空中線と、上記空中
線に送信信号を供給する送信機と、上記空中線から信号
を受けて受信処理を行う受信機と、上記受信機の出力信
号に基づきパルス圧縮処理を行うパルス圧縮部と、上記
パルス圧縮部の出力信号を分割する帯域分割部と、上記
帯域分割部の出力に基づきそれぞれ合成開口処理を行う
複数の合成開口処理部とを備えたことを特徴とする請求
項８又は請求項９に記載の干渉型合成開口レーダ装置。
【請求項１１】上記空中線の指向方向を制御するスク
イント角指示器を備えたことを特徴とする請求項１０記
載の干渉型合成開口レーダ装置。
【請求項１２】上記送信機の送信周波数および上記受
信機の受信周波数を調整可能に構成したことを特徴とす
る請求項１０記載の干渉型合成開口レーダ装置。
【請求項１３】上記空中線の送信偏波および受信偏波
を切換可能に構成したことを特徴とする請求項１０記載
の干渉型合成開口レーダ装置。