SE507919C2 - Sätt att framställa en tredimensionell bild av ett markområde med hjälp av en SAR-radar - Google Patents

Description

507 9i9 i se 10 15 20 25 30 35 sation och infallsvinkel påverkar också vågens inträngning och spridningselemen- ten, även om detta beroende normalt är underordnat våglängdsberoendet.

Varje punkt i SAR-bildens rutnät motsvaras av en tvådimensionell position definie- rad av tvärsavståndet till ett markobjekt och dess position utefter banan. Positionen är således entydig om markytans topografi är känd, så när som på dess spegelbild genom flygbanan. Den senare kan dock särskiljas genom att utnyttja riktverkan hos BHÉGHHSYSÉGWIGÉ.

Positionen för marken fås således som skärningen mellan en cirkulär cylinder med flygbanan som symmetriaxel, avståndscylindem, och två ytor, varav den ena är ett halvplan vinkelrätt mot cylinderaxeln, azimutplanet, och den andra representerar markytan, se figur 1. Detta faktum innebär också att topografin måste vara känd a pnon' om SAR-bilden ska registreras till en kartprojektion, vilket oftast är ett krav från de som praktiskt ska använda bildema.

Om markytans topografi däremot inte är känd, så innebär SAR-bildens tvådimen- sionella geometri att markstrukturer med samma avstånds- och azimutkoordinater är omöjliga att skilja åt. Det vore således ett stort framsteg ifall SAR-tekniken kunde förbättras så att även markytans topografi entydigt kunde bestämmas från SAR- signalen.

Smalbandig SAR-interferometri resp. stereo-SAR är tidigare kända tekniker för att approximativt bestämma markens topografi. Man kombinerar här mätningar från två parallellförskjutna banor, vilket illustreras i figur 2. Dessa tekniker bygger på att ut- nyttja smalbandiga SAR-system som i interferometrifallet ger mångtydighet och i stereofallet ger dålig höjdupplösning. De grundar sig bägge på principen att avståndsdifferensen mellan två ytstrukturer skiljer sig i de två bilderna p.g.a. ändringen i mätgeometri vilken relateras till en höjdskillnad. Genom att man utnyttjar smalbandig SAR uppträder dock speckelbms i bildema, på grund av att den geometriska upplösningen är mycket större än den elektromagnetiska våglängden. l dessa fall innehåller i allmänhet upplösningsvolymen flera spridningselement som vart och ett återreflekterar den infallande vågen, vilka superponeras med amplitud och fas i det rekonstruerade bildelementet. Superposition är liktydigt med interfe- rens mellan de återreflekterade vågorna och den resulterande markreflexen är således beroende av radams betraktelsevinkel gentemot upplösningsvolymen. 10 15 20 25 30 35 sov 919 Vid smalbandig SAR, när upplösningen är mycket större än våglängden, ändras interferensmönstret mycket snabbt när betraktelseriktningen ändras. Är upplös- ningen däremot av våglängdsstorlek, som vid bredbandig SAR, kan betraktelse- riktningen ändras avsevärt utan att interferensmönstret påverkas nämnvärt.

Normalt innehåller upplösningsvolymen många oberoende spridningselement vilket resulterar i slumpmässig amplitud och fas mellan olika upplösningsceller, s.k. speckelbrus. lnterferensmönstret är reproducerbart om exakt samma mätgeometri upprepas, men det förändras om betraktelsevinkeln eller markens karaktär ändras.

Den vinkel över vilken interferensmönstret är korrelerat är omvänt proportionellt mot upplösningsvolymens utsträckning och proportionellt mot halva våglängden vilket illustreras i figur 3.

Smalbandig SAR-interferometri utnyttjar att speckelbruset är korrelerat när änd- ringen i mätgeometri är liten. På så vis bestäms förändringari avståndsskillnaden med en noggrannhet som är en bråkdel av en våglängd. Nackdelen är dock att mätningen av avståndsskillnaden är mångtydig med en multipel av halva vågläng- den. Om man tar hänsyn till den största acceptabla förändringen i mätgeometri med bibehållen korrelation, definierat som en förändring i avståndsskillnad mellan närlig- gande upplösningsceller som är mindre än halva våglängden, blir höjdupplösningen av samma storleksordning som avståndsupplösningen. I praktiken innebär detta ett höjdfel av storleksordningen 1-10 m för dagens mest avancerade smalbandiga SAR-system. Metodens nackdel är dock mångtydigheten som måste lösas med speciella algoritmer, "phase unwrapping". Ytterligare en nackdel är att ett mätfel av våglängdsstorlek, t.ex. extra fördröjning i atmosfären ger stort höjdfel. För att bestämma en entydig topografisk höjd krävs därför manuella korrektioner.

Smalbandig stereo-SAR utnyttjar att vissa strukturer kan kännas igen i amplitud- bilderna. Speckelmönstret är dock inte korrelerat ide två bildema vilket leder till att endast relativt stora strukturer kan mätas in. Genom amplitudkorrelation över bilden bestäms således avstånden till strukturen i de två bilderna vilken omvandlas till en höjd. Nackdelen med stereo-SAR är främst att speckelbruset i de två bilderna är okorrelerat vilket leder till att skillnaden i avstånd endast kan bestämmas med ett fel väsentligt större än avståndsupplösningen. l praktiken innebär detta att höjdfelet är av storleksordningen 10-100 m. Ytterligare en nackdel med stereotekniken är att den bygger på att känna igen brusiga struktureri två bilder vilket kräver robusta mönsterigenkänningsalgoritmer. 507 919 t åt 10 15 20 25 30 35 Mot bakgrund av det ovanstående vore det ett stort framsteg om SAR-tekniken kunde förbättras så att även markytans topografi entydigt och med hög noggrann- het kunde bestämmas från SAR-signalen. Ändamålet med uppfinningen är att lösa detta problem, vilket sker genom att uppfinningen får den utformning som framgår av det efterföljande självständiga patentkravet. Lämpliga utföringsformer av upp- finningen framgår av övriga patentkrav.

Uppfinningen kommer i det följande att beskrivas närmare under hänvisning till bifogade ritning, där fig. 1 visar ett känt förfarande för SAR-avbildning, fig. 2 visar ett känt förfarande för smalbandig SAR-lnterferometriavbildning, fig. 3 visar skillnaden mellan smalbandig och bredbandig SAR-avbildning, fig. 4 visar ett principschema över uppfinningen, fig. 5 visar en överföringsfunktion som användes vid uppfinningen, fig. 6 visar en uppfinningsenlig bakåtprojektion av SAR-signaler inom en beräkningsvolym som omfattar den sökta topografin, fig. 7 visar hur två objekt som är upplösta i en riktning inte behöver vara det i en annan riktning, fig. 8 visar hur man enligt uppfinningen filtrerar två SAR-bilder över samma omrâde från förskjutna banor, fig. 9 visar hur två objekt paras ihop enligt uppfinningen, fig. 10_ visar teoretiska värden över skärpedjup och tvetydighetsdjup för horisontell mark och motlut och fig. 11 visar en utföringsform av en mätmetod för att bestämma markytan och irädnojden. uppfinningen bygger på att man utnyttjar signaler från ett eller flera SAR-system med stor relativ bandbredd och stor aperturvinkel på en plattfonn som färdas utmed minst två förskjutna rakbanor, alternativt utnyttjar minst två separerade antenn- system. Ett alternativ är att plattformen förflyttas utmed en kroklinjig bana.

I de förstnämnda fallen bör skillnaden i bestrålningsvinkel från rakbanoma resp. antennema tvärs färdriktningen vara så stor som möjligt för att få maximal mätkäns- lighet för topografisk höjd. l det sistnämnda fallet bör däremot banan var sådan att avvikelsen från en rakbana är stor, t.ex genom att plattformen färdas i en cirkel eller utefter de fyra sidorna i en kvadrat. 10 15 20 25 30 35 _., šlso? 919 Skillnaden mellan de två fallen är att framställningen av en SAR~bild från en krok- linjig bana är beroende av områdets topografi, vilket däremot inte är fallet med en rakbana. Det senare är således ett entydigt tvådimensionellt inverst problem, emedan det förra kräver -i de fall topografin förutsätts obekant- upprepade bild- framställningar och en bedömning humvida objekt är korrekt fokuserade i bilden. l den följande framställningen förutsätts att plattformen nominellt färdas utefter två parallellförskjutna rakbanor, vilket förenklar bestämningen av de två SAR-bilderna och områdets topografi. Banorna behöver inte vara exakt raka eller parallella.

Måttliga avvikelser kan korrigeras.

Principen för uppfinningen grundar sig på SAR- och stereogeometrierna illustrerade i figur 1 och 2. SAR-systemet i figur1 generar en tvådimensionell avbildning av markytan i azimut- och avståndskoordinater. Separation av signaler härstammande från vänster resp. höger sida om flygbanan åstadkoms genom antenndirektivitet eller motsvarande. Två SAR-avbildningar utnyttjas sedan för att åstadkomma en tredimensionell lägesbestämning från de två avståndsmätningarna R1 och R2 i figur 2.

Uppfinningen grundar sig även på bildegenskaperna som följer av att SAR-syste- met utnyttjar stor relativ bandbredd vilket illustreras i figur 3. En SAR-bild med stor relativ bandbredd har upplösning av samma storleksordning som våglängden och ändrar inte nämnvärt bildtextur när infallsvinkeln ändras, eftersom väglängdsskillna- den mellan olika spridare inom ett upplösningselement är av samma storleksord- ning som våglängden. Det senare innebär att två SAR-bilder uppvisar hög korskor- relation för alla spatiala markfrekvenser upp till upplösningsgränsen trots att vinkeln mellan de två banorna, sett från marken, ifigur 2 är stor. Hög korrelation förutsätter dock att spridama i upplösningselementet är lokaliserade inom ca. en våglängd från ett markplan, vilket normalt är fallet.

Uppfinningen sammanfattas schematiskt i figur 4 där de två SAR-signalema SAR1 och SAR2 skapas och sedan kombineras för att generera en tredimensionell läges- beskrivning av marken.

Radarrådata, dvs. mottagen markreflex efter varje utsänd puls, registreras tillsam- mans med plattformens position utefter en nominell rakbana. Positionen ska regist- reras med en onoggrannhet bättre än ca. en tiondels våglängd, vilket tex. kan åstadkommas med GPS (global positioning system) och/eller TN 507 91š i 10 15 20 25 30 35 (tröghetsnavigering) kompletterat med slgnalbehandling för autofokusering. Ytterli- gare radarrådata registreras från en eller flera förskjutna banor. Förskjutningen bör väljas så stor som möjlig för att uppnå maximal mätkänslighet men ändå garantera korrelerade SAR-data.

För att generera SAR-bilder från radarrådata utnyttjas någon av flera kända signal- behandlingsmetoder för bredbandig och bredlobig SAR. Dessa kan vara trans- formmetoder (t.ex. Fourier-Henkel), tidsdomänmetoder (global bakåtprojektion) eller hybridmetoder (lokal bakåtprojektion). Valet av metod beror på bl.a. på våglängd, mätgeometri, önskad bildstorlek, beräknings- och minneskrav.

I det svenska patentet 8406007-8 (456 117) och motsvarande PCT-ansökan SE85/00490, som resulterat i bl.a. de amerikanska patenten 4,866,446 och 4,965,582, samt den svenska patentansökningen 9503275-1 och motsvarande PCT-ansökan SE96/001164, till vilka härmed hänvisas, beskrivs utföringsformer av tvådimensionell bredbandig SAR-avbildning.

Transformmetoden är den snabbaste och är att föredra om mätgeometrin inte avviker väsentligt från en rakbana. En nackdel med transforrnmetoden är att den kräver att hela datamängden behandlas samtidigt vilket kan ställa stora krav på minnesutrymme. Tidsdomänmetoden, däremot, är att fördra när rakbaneavvikelser måste korrigeras eller när kraven på minnesutrymme blir för stora.

Hybridmetoden är dock ofta den i praktiken föredragna metoden och representerar en kompromiss mellan de två nämnda metodema.

Efter signalbehandlingen kan SAR-bilderna karakteriseras av ett lokaliserat impuls- svar q = q(š,17) där 5 och 17 är azimut- resp. avståndsposition. Motsvarande över- föringsfunktion betecknas Q = Q(k¿, ka) och illustreras i figur 5 för ett SAR-system med aperturvinkel A9. Aperturvinkeln är den vinkel sedd från marken, inom vilken data processas. En användbar modell för SAR-signalen g är en faltning av markens reflektivitetsfunktion f och impulssvaret q enligt g(:,n)=lf*q](:. why-qi: n-n) <1) där summan är över alla spridare och r, är tvärsavståndet till spridare i. 10 15 20 25 30 35 5.. so? 919 7 _ Eftersom de två rakbanornas position antags kända i något referenssystem så kan de två SAR-bilderna samutnyttjas för att bestämma markens position i samma refe- renssystem. Förutsättningen är dock att man kan identifiera samma objekt i de två SAR-bildema. Det är dock i allmänhet svårt att i den andra bilden entydigt identi- fiera motsvarigheten till ett objekt i den första bilden p.g.a. den enorma mängd lik- artade objekt som finns att jämföra med och närvaron av bildbrus. Uppfinningen utnyttjar därför det faktum att en samling objekt i allmänhet befinner sig nära ett lokalt tangentplan.

Inledningsvis definieras en beräkningsvolym, som är tillräckligt väl tilltagen i höjdled för att omskriva den sökta topografin, se figur 6. Den totala beräknlngsvolymen delas i praktiken lämpligen upp i mindre delvolymer så att de beräkningsmässigt lättare kan hanteras. Det första steget är att på ett tredimensionellt beräkningsgitter i denna delvolym bakåtprojicera SAR-signalema, dvs. varje gitterpunkt antar det genom interpolation erhållna värdet för resp. SAR-signal med samma avstånd- och azimutkoordinater.

Bakåtprojektion innebär att signalerna projiceras tillbaka till alla tänkbara källpunkter för den reflekterade vågen, dvs. utmed cirklar som definieras av skärningen mellan avståndscylinder och azimutplan från resp. bana, vilket illustreras i figur 6. lnterpola- tion av SAR-signalen är ett väsentligt moment och utförs, t.ex. genom sinc inter- polation. Bakåtprojektionen definierar ett skalärt fält h = h(x,y,z) enligt hann) = glfluzl] = :i qiilx -xof »fly-iof iriz-zu* -tj <2> där rakbanans position definieras av ro. Det är att observera att bakåtprojektionen inte förutsätter att rakbanoma ska vara parallella, utan metoden fungerar också med icke-parallella banor.

Efter bakåtprojektionen kommer de två SAR-signalema från ett specifikt objekt att exakt sammanfalla i den gitterpunkt som motsvarar dess tredimensionella position.

Signalerna sammanfaller även i dess spegelbild genom planet som spänns upp av de två rakbanorna, men den ena av dessa punkter kan i praktiken uteslutas efter en rimlighetsbedömning .

Andra steget utnyttjar principen att intilliggande objekt oftast ligger utefter eller i närheten av ett lokalt tangentplan. Den lokala korskorrelationen mellan de två so? 919? i 10 15 20 25 30 35 8 ._ bakåtprojicerade signalema beräknas för olika tänkbara tangentplan med centrum i en viss gitterpunkt. Sedan bestäms den maximala korrelationen och motsvarande normalriktning hos tangentplanet. Samma beräkning genomförs nu för övriga gitter- punkter som funktion av vertikalkoordinaten z och den höjd som ger störst maximal korrelation antags representera medelhöjden för horisontalkoordinatema x och y.

På samma vis bestäms medelhöjden för alla horisontella koordinatpunkter vilka till- sammans ger en första grov bestämning av marktopografin. Korskorrelationen mellan SAR-signalema från två rakbanor kan således skrivas med en ytintegral över tangentplanet AS enligt J-hihztds=ZÛÜIq1[š1»Û1"Ü]f-7Äšz- 772 "fflds (3) As IJ As där impulssvaren q1 och q, kan tänkas vara olika (se nedan). Väntevärdet för korre- lationen kan beräknas med antagande om oberoende spridare enligt El j h,h;ds} = :Elli-Fl ma. finns. aids <4> As I As De två SAR-signalerna från ett och samma markområde är inte helt identiska efter- som de är uppmätta med samma avståndsupplösning men från olika riktningar. Två objekt som är upplösta i en riktning är inte nödvändigtvis deti en annan riktning, se figur 7. Tredje steget är därför att filtrera bilderna så att bägge får samma impuls- svar projicerat på marken vilket illustreras i figur 8. Detta försämrar givetvis avståndsupplösningen, men får som följd att korskorrelationen ökar. Filterparamet- rama bestäms i varje gitterpunkt av normalriktningen hos tangentplanet som beräk- nades i andra steget enligt ovan. I fallet med icke-parallella banor filtreras signalerna på motsvarande sätt så att de markprojicerade impulssvaren blir lika.

Optimering av korskorrelationen enligt ovan utförs lämpligen på basis av de demo- dulerade SAR-signalema. Detta ger dock en sämre upplösning än om korskorrela- tion utfördes på bärvågssignalerna. l ett andra steg kan sålunda höjdmätningen för- finas genom att den höjd där de bakåtprojicerade SAR-signalema har lika fasläge och som ligger närmast den tidigare bestämda vertikalpositionen bestäms. Entydig- het för den sista höjdmätningen kräver att den relativa bandbredden är större än ca. 0,1 , i annat fall övergår metoden i den konventionella interferometritekniken. Ett altemativ till att dela upp höjdmätningen i två delar är att istället direkt maximera 10 15 20 25 30 35 É¿_fso7 919 korskorrelationen för de bärvågsmodulerade SAR-signalema. Korrelationskoeffi- cienten är i detta fall en oscillerande funktion, vars maximala värde entydigt kan bestämmas under samma villkor som tidigare.

Korrelationsoptimering och signalfiltrering enligt ovan är beroende av varandra, vilket innebär att ett antal iterationer kan vara nödvändiga, för att erhålla önskat resultat.

Det fjärde och avslutande steget syftar till att bestämma höjden för enskilda objekt.

För att åstadkomma detta måste ett objekt i ena bilden paras ihop med samma ob- jekti den andra bilden. Detta kan ske genom att man utgår från den grova topogra- fimodellen enligt ovan och parar ihop objekt som uppvisar minsta höjdavvikelsen därifrån. Två objekt paras sålunda ihop om deras respektive avståndskurvor skär varandra närmast topografimodellen, se figur 9. Ytterligare kriterier på basis av t.ex. amplitud och geometrisk form kan användas för att para ihop objekten. Höjdmät- ningen ástadkoms nu genom att bestämma den höjd, där de två objekten samman- faller.

Onoggrannheten i den första grova höjdbestämningen beror av avståndsupplösning och stereogeometri och är direkt proportionell mot "skärpedjupet" Ah? Det senare definieras som det höjdintervall, inom vilket impulssvaren från ett punktobjekt över- lappar, vilket för fallet med parallella banor ges av " Zpg, f? (5) tan 92 _ tan 6, Ah, = där pg, är den markprojicerade avståndsupplösningen efter filtrering enligt figurerna 7 och 8, och vinklarna definieras enligt figur 6. Höjdfelet bestäms av Ah,, signal/brus-förhållandet och antalet oberoende mätvärden som ingåri korskorrela- tionen. Med ett signal/brus-förhållande av 10 dB och 10 oberoende mätvärden fås ett höjdfel av storleksordningen en tiondel av Ah, Onoggrannheten i den andra förfinade höjdbestämningen beror på liknande sätt av våglängd och stereogeometri. Den är direkt proportionell mot “tvetydighetsdjupet" Ahz, dvs. det höjdintervall som motsvarar en fasförändring av 21: radianer, vilket för fallet med parallella banor ges av l 507 91119 i 10 15 20 25 30 35 10 - Åcg, /2 1 _ 1 tan 92 tan 01 Aha = (5) där lm, är den markprojicerade centervåglängden efter filtrering. Höjdfelet bestäms av Ahz, signal/brus-förhållandet och antalet oberoende mätvärden. Med ett signal/brus-förhållande av 10 dB och 10 oberoende mätvärden fås ett höjdfel av storleksordningen en tiondel av Ahz. l praktiken är det inte möjligt att åstadkomma en ideal överföringsfunktion enligt figur 5, eftersom detta kräver att samtliga frekvenser från DC upp till den maximala frekvensen används. Uppfinningen är dock ej begränsad till detta ideala fall, utan fungerar även när en minsta frekvens antags, förutsatt att den relativa bandbredden fortfarande är stor (i praktiken: Af/ fm, š 0,1). Överföringsfunktionen enligt figur 5 modifieras och blir en yta mellan två cirklar och två diagonaler, där den minsta cirkeln motsvarar den minimala frekvensen. Imple- menteringen av filtreringen i figur 7 och 8 modifieras följaktligen och blir istället en bandpassfiltrering. Höjdonoggrannheten försämras något för en given geometri p.g.a. att korrelationen mellan bildema minskar, men är fortfarande av samma stor- leksordning.

När den relativa bandbredden minskar ytterligare ( Af/fmax 2 0,1) övergår uppfin- ningen gradvis i den tidigare nämnda interferometritekniken. För att åstadkomma hög korrelationen mellan SAR-bilderna måste nu vinkelskillnaden vara så liten att höjdfelet enligt formeln (5) blir för stort. I praktiken utnyttjar man därför enbart fas- interferens mellan SAR-bilderna för att bestämma avstàndsskillnaden vilket ger till- räcklig höjdprecision enligt formel (6), men har nackdelen att höjden blir mångtydig.

Höjdprecisionen blir dock som bäst av samma storleksordning som avståndsupp- lösningen, eftersom den maximala vinkelskillnaden balanserar den förbättrade mät- precisionen för avstàndsskillnaden.

Förutom krav på stor relativ bandbredd, som diskuterats ovan, kräver uppfinningen en stor aperturvinkel (i praktiken A8 š 0,1 radianer). Det senare innebär att upp- lösningen även i azimut är av våglängdsstorlek, vilket ger entydighet även för fallet med icke-parallella rakbanor. Aperturvinkeln för smalbandig SAR är mindre än 0,1 radianer, vilket leder till mångtydighet. 10 '15 20 25 30 35 507 919 11 Uppfinningen är också tillämpbar i fallet med icke-parallella rakbanor, varvid nämnaren i formlerna (5) och (6) ersätts med 1 + 1 _ 2cosa tanzól, tanzâ, tanóttanâz' där a är azimutvinkeln mellan rakbanoma och infallsvinklama 91,62 definieras i vertikalplanet. En skillnad i bestrålningsvinkel åstadkoms således genom en vinkel- skillnad i azimut och/eller infall.

Ett exempel på SAR- och geometriparametrar för en stereomätning på VHF-bandet sammanfattas i tabell 1. Geometrin är definierad enligt figur 2. Grunden är det flyg- burna CARABAS ll-systemet inom bandet 25-85 MHz och med horisontell polarisa- tion på både sändning och mottagning vilket ger goda penetrationsegenskaper i skog. Teoretiska värden på skärpe- och tvetydighetsdjup illustreras i figur 10 för horisontell mark med en heldragen linje och för 25° motlut med en streckad linje.

Det illustrerade markavståndsintervallet, y i figur 2, motsvarar infallsvinklari inter- vallen 39-63° resp. 63-76°, dvs. vinkelskillnaden varierar över stråket i intervallet 13- 24°. Den förväntade onoggrannheten i höjdmätningen är således av storleksord- ningen 1 m över hela stråkbredden.

Tabell 1. Exempel på bredbandig stereo-SAR på VHF-bandet Centerfrekvens fc 55 MH; Bandbredd B 60 MHz 'Aperturvankel A9 9o° Upplösning 4 m2 Polarisation HH flyghöjd H aooo m Vertikal baslinje b, 2000 m Horisontell baslinje b, 2000 m Valet av frekvensband för SAR-systemet påverkar höjdonoggrannheten enligt ovanstående diskussion men också vilket markskikt som mäts in. En mätmetod för att bestämma markytan och trädhöjden illustreras i figur 11. En' låg frekvens (< 100 MHz) penetrerar effektivt vegetation vilket ger möjlighet att kartera den sanna markytan, medan en hög frekvens (> 10 GHz) kartlägger vegetationens översta skikt. En låg frekvens behöver en stor baslinje vilket kan åstadkommas utan att so? 91ïš 12 10 15 markobjekten störs genom att upprepa banorna. Det senare är dock inte möjligt med en hög frekvens men, å andra sidan, krävs inte en stor baslinje för samma upplösning. Baslinjen skalas med våglängden. Två antenner på samma plattform utnyttjas därför för den höga frekvensen. Genom att utnyttja skilda frekvenser kan sålunda höjdskillnaden mellan olika spridningsskikt mätas, t.ex. trädhöjd eller mellan skikt på olika djup i marken.

Ett exempel på bredbandig stereo-SAR på X-bandet sammanfattas i tabell 2. Den förväntade onoggrannheten i höjdmätningen är igen av storleksordningen 1 m.

Höjdmätningen är också entydig eftersom relativa bandbredden > 0.1. En annan metod är att släppa på kravet om bredbandighet för X-bandssystemet om skiktets tjocklek kan antas variera inom ett visst intervall från markytan. Det bredbandiga VH F-systemet utnyttjas i detta fall för att få entydighet även för X-bandssystemet .

Tabell 2. Exempel på bredbandig stereo-SAR på X-bandet Centerfrekvens fc 10 GHz Bandbredd B 2 GHz möjd H 3000 m Vertikal baslinje b, e 2 m Horisontell baslinje b, 2 m

Claims (9)

10 15 20 25 30 35 l_»šo7 919 13 Patentkrav:

1. Sätt att framställa en tredimensionell bild av ett markområde med hjälp av en radar med syntetisk apertur, en SAR-radar, som bärs av en plattform i väsentligen rätlinjig rörelse, k ä n n e t e c k n at av att man framför plattformen så att minst två avbíldningar av marken utförs med stor skillnad i bestrålningsvinkel, att man utsänder radarpulser med en relativ bandbredd som är större än eller lika med 0,1 samt utnyttjar vid beräkningarna en aperturvinkel som är större än eller lika med 0,1 radianer, att man detekterar de reflekterade radarpulsema med amplitud och fas, att man för varje puls uppmäter och lagrar läget för den antenn som utsänder och den antenn som emottager pulsen, att man, på känt sätt, beräknar en tvådimensionell SAR-signal per syntetisk apertur och att man, utgående från både SAR-slgnalemas amplitud och fas samt positions- data för antennerna, rekonstruerar en tredimensionell lägesbeskrivning, topo- grafi, av området relativt positionsdata, varvid man inverterar topografin från de inmätta SAR-signalema utgående från en geometrisk signalmodell med områdets topografi och antennernas positionsdata som inparametrar, utnytt- jande att signalernas amplitud ger en topografi med grov upplösning men med ett begränsat fokuseringsdjup, vilket tillsammans med signalernas fas ger en entydig topografi med fin upplösning.

2. Sätt enligt patentkravet 1, k ä n n e te c k n a t av att man framför plattformen så att minst två avbíldningar av marken utförs med stor skillnad i infallsvinkel, vilket sker från antennpositioner som skiljer sig åt med ett avstånd vinkelrätt mot platt- formsbanan genom att plattformen färdas i tiden efter varandra längs två väsent- ligen parallellförflyttade banor.

3. Sätt enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a t av att man framför plattformen så att minst två avbíldningar av marken utförs med stor skillnad i infallsvinkel, vilket sker från antennpositioner som skiljer sig åt med en avståndskomponent vinkelrätt mot plattformsbanan genom att radarsignaler utsänds samtidigt eller omväxlande från två antenner på plattformen,

4. Sätt enligt något av patentkraven 1-3, k ä n n e t e c k n at av att man bakåtprojicerar SAR-signalerna till ett tredimensionellt beräkningsgitter utefter cirklar so? 911119 10 15 20 25 14 - definierade genom skämingen mellan avståndscylindrar och azimutplan för varje rakbana, dvs. för varje gitterpunkt ansätter man ett värde givet genom interpolation av SAR-signalema till den givna punktens avstånds- och azimutposition.

5. Sätt enligt patentkravet 4, k ä n n e t e c k n at av att man, för att bestämma vertikalpositionen i varje horisontalposition, i dessa horisontalpositioner maximerar korskorrelation av de bakåtprojicerade SAR-signalemas amplitud med avseende på vertikalpositionen.

6. Sätt enligt patentkravet 5, k ä n n e t e c k n at av att man, bestämmer en mer noggrann vertikalposition i varje horisontalposition genom att i varje horisontalposi- tion bestämma den vertikalposition för vilken de bakåtprojlcerade SAR-signalerna har lika fasläge och som ligger närmast den tidigare bestämda vertikalpositionen.

7. Sätt enligt något av patentkraven 1-6, k ä n n e t e c k n a t av att man filtrerar SAR-signalerna utgående från den lokala lutningen och SAR-mätgeometrin så att de markprojicerade upplösningselementen blir identiska.

8. Sätt enligt något av de tidigare patentkraven, k ä n n e t e c k n a t av att man utför sättet vid minst två centerfrekvenser, vilket ger läget för olika vegetations- och/eller markskikt.

9. Sätt enligt något av de tidigare patentkraven, k ä n n e t e c k n a t av att man dessutom utsänder och tar emot radarpulser vid minst en högre centerfrekvens, varvid denna utsändning sker med normal bandbredd.