レーダ信号処理装置
【課題】 ２機の衛星によるインタフェロメトリＳＡＲでは、干渉が得られずに地表の標高抽出ができない、また所望の標高精度が得られないことがあった。
【解決手段】 データ入力部１に入力された複数衛星の軌道データよりベースライン長を算出し、ベースライン判定部２にて干渉が得られる限界（クリティカル・ベースライン長）以下であるベースラインを抽出する。抽出されたベースラインのうち、高度誤差が最も小さくなるベースラインを選択する。選択されたベースラインを形成する２つの衛星の軌道データと画像データを用いてインタフェロメトリ処理を行うことによって、測定点の高度測定が精度良く行うことができるようになった。
【解決手段】 データ入力部１に入力された複数衛星の軌道データよりベースライン長を算出し、ベースライン判定部２にて干渉が得られる限界（クリティカル・ベースライン長）以下であるベースラインを抽出する。抽出されたベースラインのうち、高度誤差が最も小さくなるベースラインを選択する。選択されたベースラインを形成する２つの衛星の軌道データと画像データを用いてインタフェロメトリ処理を行うことによって、測定点の高度測定が精度良く行うことができるようになった。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、複数の合成開口レーダ画像を干渉させて標高データを抽出するレーダ信号処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
合成開口レーダＳＡＲ（Synthetic Aperture Radar）は、マイクロ波を地表に照射し、地表から反射したエコーを受信して、これを信号処理することによって振幅と位相をもつＳＡＲ画像を生成する。インタフェロメトリＳＡＲは、異なる位置から観測した２枚のＳＡＲ画像を干渉させて、地表の標高情報を抽出する技術である。
通常の信号処理装置にレジストレーションを行いやすいサイズに画像を分割する画像分割部、分割画像についてそれぞれ振幅の分散を演算する分散演算部、分散の小さな領域についてはレジストレーションを行わないと判定する処理領域判定部、処理すべき領域より画像を切り出す画像切り出し部を付加することにより構成されるものは既に開示されている。（例えば、非特許文献１）
【０００３】
【特許文献１】特開平９−２８１２３１号公報(第７図)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
衛星の軌道によってベースライン長とベースライン傾斜角が決まり、これによって、インタフェロメトリＳＡＲでは標高精度が決まってしまうため、従来の方式では、衛星の軌道によっては、ベースライン長がクリティカル・ベースライン長より長く設定されることがあり、この場合には干渉が得られずに地表の標高抽出ができないことがあった。
またベースライン長が短く、ベースライン傾斜角が小さく設定された場合には、所望の標高精度が得られないという課題があった。
【０００５】
この発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、ベースライン長を長く、またベースライン傾斜角を大きく設定することによって、衛星の軌道制御に関わらず干渉が得られるデータを取得することができる、インタフェロメトリＳＡＲを実現し、高精度の標高測定を行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明のレーダ信号処理装置は、複数の衛星の軌道データと各衛星に搭載された合成開口レーダの画像データを入力するデータ入力部と、各衛星の軌道データから求めたベースライン長が、干渉が得られる限界を満足するベースラインを判定するベースライン判定部と、上記ベースライン判定部で合格になったベースライン毎に、高度誤差を算出し、高度誤差が最も小さいベースラインを選択するベースライン選択部と、上記ベースライン選択部で選択された当該ベースラインを有する衛星に搭載された合成開口レーダから、上記データ入力部で入手した画像データをを処理して高度を検出するインタフェロメトリ処理部とを具備するものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、複数の衛星間で決まるベースラインの中で、最も高度誤差の小さくなるベースラインを選択し、そのベースラインを成立している衛星に搭載した合成開口レーダから転送された画像データを使用してインタフェロメトリ処理することによって、測定点の高度測定の精度向上が図れるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
図１はこの発明におけるレーダ信号処理装置の構成を示す図であり、１はデータ入力部、２はベースライン判定部、３はベースライン選択部、４はインタフェロメトリ処理部、５はデータ選択部である。
【０００９】
インタフェロメトリＳＡＲは、１機の衛星に搭載されたＳＡＲを用いて同一地点を繰り返し２回観測するリピートパス方式やＳＡＲを搭載した２機の衛星を用いて同一地点をそれぞれ観測するデュアルアンテナ方式等によって実現されているが、旧来のリピートパス方式では２回の観測間での時間が誤差要因となることから、現在デュアルアンテナ方式へと推移してきている。
【００１０】
データ入力部１は複数衛星の軌道データと各衛星に搭載されたＳＡＲ画像データを入力する。データ選択部５は、各衛星の軌道データから求めたベースライン長がクリティカル・ベースライン長以下であることを判定するベースライン判定部２と、高度誤差が最小となるベースラインを選択するベースライン選択部３から構成されている。
インタフェロメトリ処理部４は選択されたベースラインを形成する衛星画像を用いてインタフェロメトリ処理を行う。
【００１１】
図２はベースライン長を説明するための図であり、６は衛星１、７は衛星２、８はベースライン、９は測定点である。
衛星１（６）と衛星２（７）の中心を結ぶ直線をベースライン８と呼び、測定点９と衛星１（６）と衛星２（７）から成る平面内で、衛星１（６）の仰角をベースライン８のオフナディア角と呼ぶ。
【００１２】
衛星１（６）と衛星２（７）に搭載された合成開口レーダによる画像データから、インタフェロメトリＳＡＲによって抽出される測定点９の標高精度は、インタフェロメトリＳＡＲに用いた２枚のＳＡＲ画像をそれぞれ観測した時の２機の衛星衛星１（６）と衛星２（７）の位置を直線で結んだベースライン長に依存する。すなわち、干渉が得られる限界のベースライン長（クリティカル・ベースライン長）以下であれば、ベースラインを長く、またベースライン傾斜角を大きくした場合に標高精度が良くなる。
【００１３】
なお、リピートパス方式の場合は１基の衛星における回帰軌道を利用して同一ターゲットを２回観測する方式で、まず１周回目に衛星６の位置よりターゲットを観測し、次の周回で衛星７の位置より同一ターゲットを観測する。
衛星１（６）と衛星２（７）の双方の中心間を結ぶ直線をベースライン、その間の距離をベースライン長と呼ぶ。
【００１４】
図２において、先ず、データ入力部１で入力された複数の衛星の各軌道データの位置座標データから複数の衛星から異なる２つの衛星を選んだ場合の衛星間の直線距離である各ベースライン長８を算出する。次に、ベースライン判定部２において、数式１によって与えられるクリティカル・ベースライン長Ｂｃ以下であるベースラインを抽出する。
【００１５】
【数１】
次にベースライン選択部３において、ベースライン判定部２で抽出されたベースラインのうち、数式２によって決まる高度誤差が最も小さくなるベースラインを選択する。
このようにして選択されたベースラインを形成する２つの衛星を抽出し、抽出した２つの衛星の軌道データと画像データを用いてインタフェロメトリ処理を行う。
【００１６】
【数２】
【００１７】
図３はこの発明における複数衛星によるフォーメーションを示す図であり、１０は衛星３、であり、６〜９は図２と同じものである。
【００１８】
図３においては、複数機の衛星をフォーメーションフライトしている状態を示し、第１の衛星６、第２の衛星７、第３の衛星１０から成る３機の衛星を例に示しているが、フォーメーションを構成する衛星の数は、これに限らない。
第１の衛星６と第２の衛星７のベースライン９ａをＢ１、第２の衛星７と第３の衛星１０のベースライン９ｂをＢ２、第３の衛星１０のベースライン９ｃをＢ３とする。
【００１９】
複数機の第１の衛星６、第２の衛星７、第３の衛星１０を同時にフォーメーションフライトさせ、標高精度が最も良くなる軌道データと画像データを用いてインタフェロメトリ処理を行うことによって、測定点の高度測定が精度良く行うことができるようになる。
【００２０】
図４はこの発明におけるベースラインの使用判定方法を説明するための図であり、１１はクリティカルベースラインである。ベースラインが３個の場合について説明する。
である。ベースライン長の限界を示すための図
ベースラインＢ１の時のベースライン長ｂ１、オフナディア角θ１、ベースラインＢ２の時のベースライン長ｂ２、オフナディア角θ２、ベースラインＢ３の時のベースライン長ｂ３、オフナディア角θ３とする。ここで、クリティカルベースライン１１は式１で計算されるものである。
【００２１】
ベースラインＢ１は、クリティカルベースライン１１の下側にあるので、使用することは不適格であることになる。よって、ベースラインＢ２とベースラインＢ３のどちらかを選択することになる。このような方法で、ベースライン判定部２で「干渉が得られる範囲に存在する」か否かの判定が行われる。
【００２２】
次に、ベースラインＢ２とベースラインＢ３の２者からの最適なベースラインの選択方法を説明する。
図５はベースライン毎の標高誤差の求め方を説明するための図であり、ベースラインＢ２の時の高度誤差ｈ２、ベースラインＢ３の時の高度誤差ｈ３として、ベースライン長はｂ２、ｂ３で、オフナディア角はθ２、θ３で図４の説明と同じものとする。
【００２３】
図５において、オフナディア角をパラメータとして、オフナディア角が大きくなると誤差が大きくなる曲線を表している。
ベースラインＢ２とベースラインＢ３をこの曲線状にプロットすると、図示したように、ベースラインＢ２の高度誤差ｈ２がベースラインＢ３の高度誤差ｈ３よりも小さいことに成り、ベースラインＢ２を選ぶことになる。
ここで、曲線は式２で計算されるものであり、ベースライン選択部３でこのように、最適なベースラインが選択される。
【００２４】
なお、各ベースラインのオフナディア角は、説明の都合上、衛星の符号の若い番号を付けている方のオフナディア角を使用するかのように述べてきたが、ベースラインを形成する両端の衛星のどちらか一方を選択して使用することも可能である。
また、両端の衛星のオフナディア角を平均したものを使用することも良い。
【００２５】
以上に述べたように、ベースラインの中で、最も高度誤差の小さくなるベースラインを選択し、そのベースラインを成立している衛星に搭載した合成開口レーダから転送された画像データを使用してインタフェロメトリ処理することによって、測定点の高度測定の精度向上が図れるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】この発明におけるレーダ信号処理装置の構成を示す図である。
【図２】ベースライン長を説明するための図である。
【図３】この発明における複数衛星によるフォーメーションを示す図である。
【図４】この発明におけるベースラインの使用判定方法を説明するための図である。
【図５】ベースライン毎の標高誤差の求め方を説明するための図である。
【符号の説明】
【００２７】
１ データ入力部、 ２ ベースライン判定部、 ３ ベースライン選択部、 ４ インタフェロメトリ処理部、 ５ データ選択部、 ６ 衛星１、 ７ 衛星２、 ８ ベースライン、 ９ 測定点、 １０ 衛星３、 １１ クリティカルベースライン。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、複数の合成開口レーダ画像を干渉させて標高データを抽出するレーダ信号処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
合成開口レーダＳＡＲ（Synthetic Aperture Radar）は、マイクロ波を地表に照射し、地表から反射したエコーを受信して、これを信号処理することによって振幅と位相をもつＳＡＲ画像を生成する。インタフェロメトリＳＡＲは、異なる位置から観測した２枚のＳＡＲ画像を干渉させて、地表の標高情報を抽出する技術である。
通常の信号処理装置にレジストレーションを行いやすいサイズに画像を分割する画像分割部、分割画像についてそれぞれ振幅の分散を演算する分散演算部、分散の小さな領域についてはレジストレーションを行わないと判定する処理領域判定部、処理すべき領域より画像を切り出す画像切り出し部を付加することにより構成されるものは既に開示されている。（例えば、非特許文献１）
【０００３】
【特許文献１】特開平９−２８１２３１号公報(第７図)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
衛星の軌道によってベースライン長とベースライン傾斜角が決まり、これによって、インタフェロメトリＳＡＲでは標高精度が決まってしまうため、従来の方式では、衛星の軌道によっては、ベースライン長がクリティカル・ベースライン長より長く設定されることがあり、この場合には干渉が得られずに地表の標高抽出ができないことがあった。
またベースライン長が短く、ベースライン傾斜角が小さく設定された場合には、所望の標高精度が得られないという課題があった。
【０００５】
この発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、ベースライン長を長く、またベースライン傾斜角を大きく設定することによって、衛星の軌道制御に関わらず干渉が得られるデータを取得することができる、インタフェロメトリＳＡＲを実現し、高精度の標高測定を行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明のレーダ信号処理装置は、複数の衛星の軌道データと各衛星に搭載された合成開口レーダの画像データを入力するデータ入力部と、各衛星の軌道データから求めたベースライン長が、干渉が得られる限界を満足するベースラインを判定するベースライン判定部と、上記ベースライン判定部で合格になったベースライン毎に、高度誤差を算出し、高度誤差が最も小さいベースラインを選択するベースライン選択部と、上記ベースライン選択部で選択された当該ベースラインを有する衛星に搭載された合成開口レーダから、上記データ入力部で入手した画像データをを処理して高度を検出するインタフェロメトリ処理部とを具備するものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、複数の衛星間で決まるベースラインの中で、最も高度誤差の小さくなるベースラインを選択し、そのベースラインを成立している衛星に搭載した合成開口レーダから転送された画像データを使用してインタフェロメトリ処理することによって、測定点の高度測定の精度向上が図れるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
図１はこの発明におけるレーダ信号処理装置の構成を示す図であり、１はデータ入力部、２はベースライン判定部、３はベースライン選択部、４はインタフェロメトリ処理部、５はデータ選択部である。
【０００９】
インタフェロメトリＳＡＲは、１機の衛星に搭載されたＳＡＲを用いて同一地点を繰り返し２回観測するリピートパス方式やＳＡＲを搭載した２機の衛星を用いて同一地点をそれぞれ観測するデュアルアンテナ方式等によって実現されているが、旧来のリピートパス方式では２回の観測間での時間が誤差要因となることから、現在デュアルアンテナ方式へと推移してきている。
【００１０】
データ入力部１は複数衛星の軌道データと各衛星に搭載されたＳＡＲ画像データを入力する。データ選択部５は、各衛星の軌道データから求めたベースライン長がクリティカル・ベースライン長以下であることを判定するベースライン判定部２と、高度誤差が最小となるベースラインを選択するベースライン選択部３から構成されている。
インタフェロメトリ処理部４は選択されたベースラインを形成する衛星画像を用いてインタフェロメトリ処理を行う。
【００１１】
図２はベースライン長を説明するための図であり、６は衛星１、７は衛星２、８はベースライン、９は測定点である。
衛星１（６）と衛星２（７）の中心を結ぶ直線をベースライン８と呼び、測定点９と衛星１（６）と衛星２（７）から成る平面内で、衛星１（６）の仰角をベースライン８のオフナディア角と呼ぶ。
【００１２】
衛星１（６）と衛星２（７）に搭載された合成開口レーダによる画像データから、インタフェロメトリＳＡＲによって抽出される測定点９の標高精度は、インタフェロメトリＳＡＲに用いた２枚のＳＡＲ画像をそれぞれ観測した時の２機の衛星衛星１（６）と衛星２（７）の位置を直線で結んだベースライン長に依存する。すなわち、干渉が得られる限界のベースライン長（クリティカル・ベースライン長）以下であれば、ベースラインを長く、またベースライン傾斜角を大きくした場合に標高精度が良くなる。
【００１３】
なお、リピートパス方式の場合は１基の衛星における回帰軌道を利用して同一ターゲットを２回観測する方式で、まず１周回目に衛星６の位置よりターゲットを観測し、次の周回で衛星７の位置より同一ターゲットを観測する。
衛星１（６）と衛星２（７）の双方の中心間を結ぶ直線をベースライン、その間の距離をベースライン長と呼ぶ。
【００１４】
図２において、先ず、データ入力部１で入力された複数の衛星の各軌道データの位置座標データから複数の衛星から異なる２つの衛星を選んだ場合の衛星間の直線距離である各ベースライン長８を算出する。次に、ベースライン判定部２において、数式１によって与えられるクリティカル・ベースライン長Ｂｃ以下であるベースラインを抽出する。
【００１５】
【数１】
次にベースライン選択部３において、ベースライン判定部２で抽出されたベースラインのうち、数式２によって決まる高度誤差が最も小さくなるベースラインを選択する。
このようにして選択されたベースラインを形成する２つの衛星を抽出し、抽出した２つの衛星の軌道データと画像データを用いてインタフェロメトリ処理を行う。
【００１６】
【数２】
【００１７】
図３はこの発明における複数衛星によるフォーメーションを示す図であり、１０は衛星３、であり、６〜９は図２と同じものである。
【００１８】
図３においては、複数機の衛星をフォーメーションフライトしている状態を示し、第１の衛星６、第２の衛星７、第３の衛星１０から成る３機の衛星を例に示しているが、フォーメーションを構成する衛星の数は、これに限らない。
第１の衛星６と第２の衛星７のベースライン９ａをＢ１、第２の衛星７と第３の衛星１０のベースライン９ｂをＢ２、第３の衛星１０のベースライン９ｃをＢ３とする。
【００１９】
複数機の第１の衛星６、第２の衛星７、第３の衛星１０を同時にフォーメーションフライトさせ、標高精度が最も良くなる軌道データと画像データを用いてインタフェロメトリ処理を行うことによって、測定点の高度測定が精度良く行うことができるようになる。
【００２０】
図４はこの発明におけるベースラインの使用判定方法を説明するための図であり、１１はクリティカルベースラインである。ベースラインが３個の場合について説明する。
である。ベースライン長の限界を示すための図
ベースラインＢ１の時のベースライン長ｂ１、オフナディア角θ１、ベースラインＢ２の時のベースライン長ｂ２、オフナディア角θ２、ベースラインＢ３の時のベースライン長ｂ３、オフナディア角θ３とする。ここで、クリティカルベースライン１１は式１で計算されるものである。
【００２１】
ベースラインＢ１は、クリティカルベースライン１１の下側にあるので、使用することは不適格であることになる。よって、ベースラインＢ２とベースラインＢ３のどちらかを選択することになる。このような方法で、ベースライン判定部２で「干渉が得られる範囲に存在する」か否かの判定が行われる。
【００２２】
次に、ベースラインＢ２とベースラインＢ３の２者からの最適なベースラインの選択方法を説明する。
図５はベースライン毎の標高誤差の求め方を説明するための図であり、ベースラインＢ２の時の高度誤差ｈ２、ベースラインＢ３の時の高度誤差ｈ３として、ベースライン長はｂ２、ｂ３で、オフナディア角はθ２、θ３で図４の説明と同じものとする。
【００２３】
図５において、オフナディア角をパラメータとして、オフナディア角が大きくなると誤差が大きくなる曲線を表している。
ベースラインＢ２とベースラインＢ３をこの曲線状にプロットすると、図示したように、ベースラインＢ２の高度誤差ｈ２がベースラインＢ３の高度誤差ｈ３よりも小さいことに成り、ベースラインＢ２を選ぶことになる。
ここで、曲線は式２で計算されるものであり、ベースライン選択部３でこのように、最適なベースラインが選択される。
【００２４】
なお、各ベースラインのオフナディア角は、説明の都合上、衛星の符号の若い番号を付けている方のオフナディア角を使用するかのように述べてきたが、ベースラインを形成する両端の衛星のどちらか一方を選択して使用することも可能である。
また、両端の衛星のオフナディア角を平均したものを使用することも良い。
【００２５】
以上に述べたように、ベースラインの中で、最も高度誤差の小さくなるベースラインを選択し、そのベースラインを成立している衛星に搭載した合成開口レーダから転送された画像データを使用してインタフェロメトリ処理することによって、測定点の高度測定の精度向上が図れるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】この発明におけるレーダ信号処理装置の構成を示す図である。
【図２】ベースライン長を説明するための図である。
【図３】この発明における複数衛星によるフォーメーションを示す図である。
【図４】この発明におけるベースラインの使用判定方法を説明するための図である。
【図５】ベースライン毎の標高誤差の求め方を説明するための図である。
【符号の説明】
【００２７】
１ データ入力部、 ２ ベースライン判定部、 ３ ベースライン選択部、 ４ インタフェロメトリ処理部、 ５ データ選択部、 ６ 衛星１、 ７ 衛星２、 ８ ベースライン、 ９ 測定点、 １０ 衛星３、 １１ クリティカルベースライン。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも３以上の複数の衛星の軌道データと各衛星に搭載された合成開口レーダの画像データを入力するデータ入力部と、
複数の衛星から任意に選択した２つの衛星間を結ぶベースラインにおいて、複数のベースラインに対応したベースライン長とオフナディア角に基づいて、ＳＡＲ（Synthetic Aperture Radar）画像が干渉を得られるか否かを判定するベースライン判定部と、
上記ベースライン判定部でＳＡＲ画像の干渉が得られる範囲に存在すると判定されたベースライン毎に、ベースライン長とオフナディア角から、高度誤差を算出し、高度誤差が最も小さくなるベースラインを選択するベースライン選択部と、
上記ベースライン選択部で選択された当該ベースラインを構成する２つの衛星に搭載された合成開口レーダから、上記データ入力部で入手した画像データを処理して測定点の高度を検出するインタフェロメトリ処理部と、
を具備することを特徴とするレーダ信号処理装置。
【請求項２】
当該ベースラインに対応したオフナディア角として、
ベースラインを形成する両端の衛星のいづれか一方のオフナディア角を使用することを特徴とする請求項１記載のレーダ信号処理装置。
【請求項３】
当該ベースラインに対応したオフナディア角として、
両端の衛星のオフナディア角を平均したものを使用することを特徴とする請求項１記載のレーダ信号処理装置。
【請求項１】
少なくとも３以上の複数の衛星の軌道データと各衛星に搭載された合成開口レーダの画像データを入力するデータ入力部と、
複数の衛星から任意に選択した２つの衛星間を結ぶベースラインにおいて、複数のベースラインに対応したベースライン長とオフナディア角に基づいて、ＳＡＲ（Synthetic Aperture Radar）画像が干渉を得られるか否かを判定するベースライン判定部と、
上記ベースライン判定部でＳＡＲ画像の干渉が得られる範囲に存在すると判定されたベースライン毎に、ベースライン長とオフナディア角から、高度誤差を算出し、高度誤差が最も小さくなるベースラインを選択するベースライン選択部と、
上記ベースライン選択部で選択された当該ベースラインを構成する２つの衛星に搭載された合成開口レーダから、上記データ入力部で入手した画像データを処理して測定点の高度を検出するインタフェロメトリ処理部と、
を具備することを特徴とするレーダ信号処理装置。
【請求項２】
当該ベースラインに対応したオフナディア角として、
ベースラインを形成する両端の衛星のいづれか一方のオフナディア角を使用することを特徴とする請求項１記載のレーダ信号処理装置。
【請求項３】
当該ベースラインに対応したオフナディア角として、
両端の衛星のオフナディア角を平均したものを使用することを特徴とする請求項１記載のレーダ信号処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００７−２５６１３４（Ｐ２００７−２５６１３４Ａ）
【公開日】平成１９年１０月４日（２００７．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−８２１５３（Ｐ２００６−８２１５３）
【出願日】平成１８年３月２４日（２００６．３．２４）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１０月４日（２００７．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月２４日（２００６．３．２４）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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