情報処理装置及び情報処理方法及びプログラム
【課題】航空機や人工衛星等の移動プラットフォームに搭載され、地表面の高分解能画像及び高度情報を得る干渉型合成開口レーダ装置において、自機高度の測定誤差による地表面の高度情報の誤差を推定して補償することを可能とした干渉型合成開口レーダ装置を提供する。
【解決手段】機体の機軸と直交する平面内で直線状に３つ以上のアンテナ１〜３を配置し、この３つのアンテナで受信されたパルス信号及び動揺センサ４の計測結果を用いて３つの合成開口レーダ画像７を取得し、更に、３つのレーダ画像から２つの観測領域の高度情報９を取得し、２ベースラインによる誤差推定部１０が、この得られた高度情報の差分から誤差を推定して補償し、インタフェロメトリ再処理部１１が、再度干渉型合成開口レーダの処理を行うことにより、地表面の高度誤差が抑圧された誤差抑圧後の観測領域の高度情報１２が得られる。
【解決手段】機体の機軸と直交する平面内で直線状に３つ以上のアンテナ１〜３を配置し、この３つのアンテナで受信されたパルス信号及び動揺センサ４の計測結果を用いて３つの合成開口レーダ画像７を取得し、更に、３つのレーダ画像から２つの観測領域の高度情報９を取得し、２ベースラインによる誤差推定部１０が、この得られた高度情報の差分から誤差を推定して補償し、インタフェロメトリ再処理部１１が、再度干渉型合成開口レーダの処理を行うことにより、地表面の高度誤差が抑圧された誤差抑圧後の観測領域の高度情報１２が得られる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、航空機や衛星等の飛行体に搭載し、地表面を観測して高度情報を含んだ画像（合成開口レーダ画像及び数値標高モデル）を得るための干渉型合成開口レーダ技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
合成開口レーダは、航空機や衛星等の移動プラットフォームに搭載され、移動しつつ側方に電波を送受信して観測を行い、得られたデータを信号処理することにより観測領域の二次元の高分解能画像である合成開口レーダ画像を得ることが出来るレーダである。
干渉型合成開口レーダは、異なる位置から同じ地点を観測して得られた２枚の合成開口レーダ画像を用いて、観測領域の高度情報（数値標高モデル）を得ることが出来るレーダである（例えば、特許文献１）。
なお、この高度情報を求める処理をインタフェロメトリ処理と呼ぶ。
【特許文献１】特開２００４−１９１０５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
干渉型合成開口レーダは、２枚の合成開口レーダ画像から位相情報の差を求め、この位相情報の差を高度情報に変換することにより、観測領域の高度情報を求める。
この位相情報の差から高度情報への変換には、観測領域（観測対象）への入射角の値が必要であり、入射角の値を求めるためには自機の高度情報を必要とする。
このため、一般的な干渉型合成開口レーダでは、機体にＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ ＰｏｓＩｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）アンテナを搭載することにより自機の高度情報を計測する。
しかし、ＧＰＳは、位置精度は高いが高度精度が低く誤差を持つため、得られた観測領域の高度情報に誤差を生じてしまうという課題があった。
【０００４】
本発明は、このような課題を解決することを主な目的の一つとし、観測領域の高度情報に含まれる誤差を抑制し、高精度の高度計測を行うことを特徴とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る情報処理装置は、
飛行体に搭載される情報処理装置であって、
前記飛行体に配置されている３つ以上のアンテナのうちのいずれかのアンテナから送信され、観測対象に反射して前記３つ以上のアンテナで受信されたパルス信号を取得し、前記飛行体の運動状況、位置及び高度を計測するセンサから前記飛行体の運動状況、位置及び高度の情報を取得し、前記パルス信号と前記飛行体の運動状況、位置及び高度の情報とを用いて、３つ以上の２次元画像を生成する画像生成部と、
前記画像生成部により生成された前記３つ以上の２次元画像を用いて、前記観測対象の高度を示す高度情報を２つ以上生成する第一の高度情報生成部と、
前記第一の高度情報生成部により生成された前記２つ以上の高度情報と、前記３つ以上のアンテナの位置関係とを用いて、高度情報に含まれる誤差を推定する誤差推定部と、
前記誤差推定部により推定された誤差を用いて、前記観測対象の誤差補正後の高度を示す高度情報を生成する第二の高度情報生成部とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、観測対象についての２つ以上の高度情報と、３つ以上のアンテナの位置関係を用いて、高度情報に含まれる誤差を推定し、推定した誤差を用いて、誤差を補正して観測対象の高度を計測するため、高度情報に含まれる誤差を抑制し、高精度の高度計測を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
実施の形態１．
本実施の形態では、航空機や人工衛星等の飛行体に搭載され、地表面の高分解能画像及び高度情報を得る干渉型合成開口レーダ装置において、自機高度の測定誤差による地表面の高度情報の誤差を推定して補償することを可能とした干渉型合成開口レーダ装置について説明する。
【０００８】
図１は、この発明の実施の形態１による干渉型合成開口レーダ装置１００の構成例を示す構成図である。
干渉型合成開口レーダ装置１００は、航空機や人工衛星などの飛行体に搭載される。
また、干渉型合成開口レーダ装置１００の構成要素のうち、破線で囲んだ範囲が本発明に係る情報処理装置２００の例となる。
【０００９】
図１において、１〜３はアンテナＡ、Ｂ、Ｃであり、航空機や人工衛星などの移動プラットフォームに搭載される部分であり、これらは、図２に示す位置関係を必要とする。
図２において、移動プラットフォームは紙面と直交する方向に移動し、アンテナＡ〜Ｃは、紙面と平行な平面内で、直線状に配置する。
従来の干渉型合成開口レーダではアンテナは２つあればよく、この構成は本装置の一つの特徴を構成する部分である。
干渉型合成開口レーダでは、インタフェロメトリ処理を行う２つのアンテナを結ぶ直線をベースラインと呼ぶが、本装置の構成では、水平面からの傾きが等しく、長さの異なるベースラインを必要とする。
具体的には、図２に示すように、アンテナＡ、アンテナＢ間をベースライン１と呼び、アンテナＡ、アンテナＣ間をベースライン２と呼ぶ。
また、アンテナ間距離、すなわちベースラインの長さをベースライン距離という。
【００１０】
また、アンテナＡは、信号送受信部２で生成された高周波パルス信号を空間に放射する部分であり、アンテナＡ〜Ｃは、その高周波パルス信号の反射信号、すなわち観測領域（観測対象）で反射した高周波パルス信号を受信する部分である。
動揺センサ４は、移動プラットフォームの運動状況（速度、加速度、姿勢等）を計測する慣性センサ及び移動プラットフォームの位置、高度を計測するＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ ＰｏｓＩｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）アンテナより構成される。
信号送受信部５は、高周波パルス信号を生成してアンテナＡに送るとともに、アンテナＡ〜Ｃで受信された信号を増幅する送受信手段を構成する。
画像再生処理部６は、信号送受信部５より受信した信号と、動揺センサ４で計測したプラットフォームの運動状況及び位置、高度の情報から、２次元の高分解能画像である合成開口レーダ画像（２次元画像）を再生する。
合成開口レーダ画像７は、画像再生処理部６によって生成された画像データであり、アンテナＡ〜Ｃのデータ各々に対して生成する。
つまり、画像再生処理部６は、移動プラットフォーム（飛行体）に配置されている３つのアンテナのうちのいずれかのアンテナから送信され、観測対象に反射して３つのアンテナで受信されたパルス信号を取得し、移動プラットフォームの運動状況、位置及び高度を計測するセンサから移動プラットフォームの運動状況、位置及び高度の情報を取得し、パルス信号と移動プラットフォームの運動状況、位置及び高度の情報とを用いて、３つの２次元画像である合成開口レーダ画像７を生成する。
画像再生処理部６は、画像生成部の例である。
【００１１】
インタフェロメトリ処理部８は、２枚の合成開口レーダ画像から、観測領域の高度情報を生成する。
観測領域の高度情報９は、観測領域（観測対象）の高度を示す高度情報である。３枚の合成開口レーダ画像のうち２枚を組み合わせることで、２つの高度情報を得ることができる。
つまり、インタフェロメトリ処理部８は、画像再生処理部６により生成された３枚の合成開口レーダ画像を用いて、観測領域の高度を示す高度情報を２つ生成する。
インタフェロメトリ処理部８は、第一の高度情報生成部の例である。
なお、インタフェロメトリ処理部８により生成された観測領域の高度情報９は、後に詳述するように、一般に誤差を含んでいる。
【００１２】
２ベースラインによる誤差推定部１０は、水平面からの傾きが等しく、長さの異なる２つベースラインの条件で求めた２つの高度情報から、高度情報に含まれる誤差を推定する。
つまり、２ベースラインによる誤差推定部１０は、インタフェロメトリ処理部８により生成された２つの高度情報と、３つのアンテナの位置関係とを用いて、高度情報に含まれる誤差を推定する。
具体的には、２ベースラインによる誤差推定部１０は、３つのアンテナのアンテナ間距離である相互に長さの異なる２つのベースライン距離を用いて、観測領域への高周波パルス信号の入射角（オフナディア角）の誤差を推定する。
観測領域への高周波パルス信号の入射角（オフナディア角）の誤差とは、アンテナＡから送出された高周波パルス信号の観測領域の実際の入射角（オフナディア角）と、ＧＰＳにより測定された自機高度を用いて算出された計算上の高周波パルス信号の入射角（オフナディア角）との差異を意味する。
２ベースラインによる誤差推定部１０は、誤差推定部の例である。
【００１３】
インタフェロメトリ再処理部１１は、補正した観測領域への入射角を用いて、再度インタフェロメトリ処理を行う。
この処理を行うことにより、誤差が抑圧された観測領域の高度情報１２を得ることが出来る。
つまり、インタフェロメトリ再処理部１１は、２ベースラインによる誤差推定部１０により推定された誤差（入射角の誤差）を用いて、観測領域の誤差補正後の高度を示す高度情報を生成する。
インタフェロメトリ再処理部１１は、第二の高度情報生成部の例である。
【００１４】
なお、本装置において、少なくとも２ベースラインによる誤差推定部１０、インタフェロメトリ再処理部１１は、従来の構成に含まれておらず、本装置において新たに加わった部分である。
【００１５】
加えて、本装置では、観測条件に制限があり、観測領域への入射角（オフナディア角）とベースラインの傾きの差が１０度以下であることが望ましい。
干渉型合成開口レーダは、観測領域への入射角（オフナディア角）とベースラインの傾きが等しい場合に最も性能が高いため、上記の条件はよく用いられる。
本装置においても、観測領域への入射角（オフナディア角）とベースラインの傾きの差が少ないことが望まれ、例えば、両者の差が０〜５度程度であることがより望ましい。
【００１６】
次に、本装置の構成により、観測領域の高度情報の誤差が抑圧できる原理について説明する。
【００１７】
まず、図５に示す観測の幾何条件を考える。
レーダにおいては、信号の位相情報は、アンテナと観測領域の距離（スラントレンジ）に比例する。
このため、アンテナＳ１、Ｓ２で同じ地点を観測した信号の位相差φを求めると、幾何関係により次式を得る。
【００１８】
【数１】
【００１９】
ここで、λはレーダの波長、Ｂはベースラインの長さ、θは入射角、αはベースラインの傾き、ｈは観測領域の高度、Ｈは自機高度、ｒはスラントレンジを表す。
【００２０】
これらの式１、式２について、θを媒介変数として微分することにより、高度変化に対する位相変化として次式を得る。
【００２１】
【数２】
【００２２】
これをφについて積分することにより、次式を得る。
【００２３】
【数３】
【００２４】
従来のインタフェロメトリ処理では、この式を用いて、位相情報を観測領域の高度情報に変換する。
【００２５】
ここで、θについて考える。θは、図５に示すように、自機高度Ｈとスラントレンジｒから次式によって求める。
【００２６】
【数４】
【００２７】
このため、自機高度Ｈに誤差があるとθに誤差を生じる。θに誤差があると、式４より観測領域の高度情報ｈに誤差を生じる（図５（ｃ）参照））。
ここで、θの誤差をｄθとし、誤差の生じた観測領域の高度情報をｈ’とすると、次式となる。
【００２８】
【数５】
【００２９】
なお、レーダでは、スラントレンジが少なくとも数ｋｍ以上であり、ＧＰＳアンテナによるＨの誤差は数ｍ〜数十ｍ程度であるため、ｄθ＜＜１である。このため、ｄθ＜＜１の条件で式６を近似して、次式を得る。
【００３０】
【数６】
【００３１】
さらに、上記した観測条件の制限である｜θ−α｜＜＜１より、式７を近似して次式を得る。
【００３２】
【数７】
【００３３】
これに対し、２つのベースラインの長さをＢ１、Ｂ２とし、そのときの観測領域の高度情報をｈ１’、ｈ２’とする。この差ｄｈ’を求めると次式となる。
【００３４】
【数８】
【００３５】
これより、ｄｈ’がｄθに比例することが分かるため、ｄｈ’よりｄθを求めることが可能である。このため、求めたｄθを用いて、再度インタフェロメトリ処理を行うことにより、誤差の抑圧された観測領域の高度情報を得ることが出来る。
【００３６】
なお、式９を用いて、ｄｈ’よりｄθを求める際に、式９右辺の括弧内のθは、式においては誤差の抑圧されたθであるが、実際に既知である値は誤差のあるθである。このため、ｄｈ’の算出の際に、誤差が残る。
この誤差は微小項であるため近似的に無視することが可能であるが、インタフェロメトリ処理部８〜インタフェロメトリ再処理部１１の処理を繰り返し実施する収束演算を行うことにより、より誤差を抑圧することも可能である。
【００３７】
以下、上記の観測の幾何条件を踏まえて、本実施の形態に係る干渉型合成開口レーダ装置１００の動作例を説明するが、説明の前提として、先ず、上記の式１〜９に用いられた係数について説明する。
λ（レーダの波長）は、干渉型合成開口レーダ装置１００の記憶装置（不図示）に予め記憶されている情報である。
Ｂ（ベースライン距離）は、干渉型合成開口レーダ装置１００の記憶装置に予め記憶されている情報である。
θ（入射角（オフナディア角））は、インタフェロメトリ処理部８が、インタフェロメトリ処理の途中で式５により求める情報である。
α（ベースラインの傾き）は、干渉型合成開口レーダ装置１００の記憶装置に予め記憶されている情報である。
ｈ（観測領域の高度）は、インタフェロメトリ処理部８が、合成開口レーダ画像７からインタフェロメトリ処理で求める情報である。
Ｈ（自機高度）は、動揺センサ４により計測する情報である。
ｒ（スラントレンジ）は、干渉型合成開口レーダ装置１００の記憶装置に予め記憶されている情報である。
【００３８】
次に、図６のフローチャートを用いて、本実施の形態に係る干渉型合成開口レーダ装置１００の動作例を説明する。
【００３９】
先ず、信号送受信部５で生成された高周波パルス信号を、アンテナＡが空間に放射する。空間に放射され、地表面で反射された反射信号をアンテナＡ〜Ｃが受信する。
また、アンテナＡ〜Ｃで受信された信号を信号送受信部２が増幅する。その際、動揺センサ４が、移動プラットフォームの運動及び位置情報を計測する（ステップＳ１）。
【００４０】
画像再生処理部６は、信号送受信部５よりアンテナＡ〜Ｃで受信されたパルス信号を取得し、また、動揺センサ４で計測したプラットフォームの運動状況及び位置、高度の情報を取得し、これらパルス信号、プラットフォームの運動状況及び位置、高度の情報から、画像再生処理部６は画像再生処理を行い、２次元の高分解能画像である合成開口レーダ画像を再生する。
このとき、画像再生処理は、アンテナＡ〜Ｃのデータ各々に対して行い、３枚の合成開口レーダ画像７を得る（ステップＳ２）（画像生成ステップ）。
【００４１】
次に、インタフェロメトリ処理部８により、インタフェロメトリ処理を行う。
インタフェロメトリ処理部８の処理のうち、Ｓ３〜Ｓ８は、既存の方法で実現されるものであり、例えば、特許文献１に示される方法で実現することができる。但し、特許文献１に記載の方法に限定されるわけではなく、他の方法であってもよい。
従来と異なる点は、３枚の合成開口レーダ画像７から２枚選ぶ組合せを２つつくり、この組合せ毎にインタフェロメトリ処理を行い、２つの観測領域の高度情報９を得ることである。従来は、２枚の合成開口レーダ画像に対して１回の処理を行い、観測領域の高度情報を１つ得るものであった。
位相高度変換ステップ（Ｓ７）においては、インタフェロメトリ処理部８は、上記の式４を用いて、ベースライン１についての高度情報ｈ１及びベースライン２についての高度情報ｈ２の２つの高度情報を算出する。
具体的には、式４の係数Ｂにベースライン１のベースライン距離を代入してベースライン１についての高度情報ｈ１を算出し、式４の係数Ｂにベースライン２のベースライン距離を代入してベースライン２についての高度情報ｈ２を算出する。
なお、式４に含まれる係数θは、式５を用いて、位相高度変換ステップ（Ｓ７）以前の段階で算出していてもよいし、位相高度変換ステップ（Ｓ７）中に算出してもよい。
なお、インタフェロメトリ処理部８が式４を用いて算出した高度情報ｈ１及びｈ２は、ＧＰＳにより計測された精度の高くない自機高度Ｈの影響を受けており（式５参照）、高度情報ｈ１及びｈ２には、実際には、式８に示すような誤差が含まれており、この誤差を除去する必要がある。
【００４２】
そこで、２ベースラインによる誤差推定部１０が、２つの観測領域の高度情報ｈ１及びｈ２から、観測領域への入射角（オフナディア角）の誤差を求める。
上記したように、２つの観測領域の高度情報ｈ１及びｈ２には式８に示すような誤差が含まれており、このため、高度情報ｈ１及びｈ２は式９におけるｈ１’、ｈ２’に相当する。また、観測領域への入射角の誤差が式９におけるｄθに相当する。
このため、２ベースラインによる誤差推定部１０は、式９により、ｈ１’、ｈ２’から、ｄθを求める（ステップＳ９）（誤差推定ステップ）。
【００４３】
次に、インタフェロメトリ再処理部１１が、２ベースラインによる誤差推定部１０が求めたｄθでθを補正し、インタフェロメトリ再処理部１１により、再度インタフェロメトリ処理を行い、誤差抑圧後の観測領域の高度情報１２を得る（ステップＳ１０〜Ｓ１５）。
具体的には、インタフェロメトリ再処理部１１は、Ｓ１４の位相高度変換ステップ（第二の高度情報生成ステップ）において、式４のθにｄθを加えて、式４の計算を行う。
つまり、以下の式１０に示す計算を行うことで、誤差が除去されたｈ（観測領域の高度）を得ることができる。
【００４４】
【数９】
【００４５】
なお、インタフェロメトリ再処理部１１の処理のうちＳ１０〜Ｓ１５は、インタフェロメトリ処理部８のＳ３〜Ｓ８と同様であり、既存の技術で実現できるため、説明を省略する。
なお、図７に示すように、インタフェロメトリ再処理部１１は、Ｓ１０〜Ｓ１３の処理を省略して、Ｓ１４の位相高度変換ステップを直接行い、上記の式１０の計算を行うようにしてもよい。
【００４６】
また、以上では、アンテナが３つであり、このため、合成開口レーダ画像が３つとなり、観測領域の高度情報が２つとなる例を説明したが、アンテナを４つ以上とすることも可能である。
例えば、アンテナを４つとした場合、合成開口レーダ画像が４つとなり、観測領域の高度情報が３つとなる。観測領域の高度情報をｈ１’、ｈ２’、ｈ３’とした場合、ｄθ１＝ｈ１’−ｈ２’、ｄθ２＝ｈ１’−ｈ３’のように２つの誤差ｄθが導出される。この２つの誤差ｄθ１及びｄθ２の平均値を、式１０に代入することにより、アンテナを４つとした場合にも、誤差が除去されたｈ（観測領域の高度）を得ることができる。
アンテナを５つ以上とした場合も、同様に、複数の誤差ｄθの平均値を用いて、誤差が除去されたｈ（観測領域の高度）を得ることができる。
【００４７】
このように、本実施の形態によれば、航空機や人工衛星等の移動プラットフォームに搭載され、地表面の高分解能画像及び高度情報を得る干渉型合成開口レーダ装置において、自機高度の測定誤差による地表面の高度情報の誤差を推定して補償することが可能になる。
つまり、機体の機軸と直交する平面内で直線状に３つ以上のアンテナを配置し、干渉型合成開口レーダ画像の高度情報を２つ得て、この得られた高度情報の差分から誤差を推定して補償し、再度干渉型合成開口レーダの処理を行うことにより、地表面の高度誤差を抑圧することができる。そして、この結果、地形についての高精度な３次元情報を取得することができる。
【００４８】
以上、本実施の形態では、以下の構成を有する干渉型合成開口レーダ装置について説明した。
（ａ）航空機や衛星などの移動プラットフォームに搭載され、機体の機軸と直交する平面内に直線状に配置された３つ以上のアンテナ、
（ｂ）移動プラットフォームの運動を計測する慣性センサ及び移動プラットフォームの位置、高度を計測するＧＰＳアンテナより構成される動揺センサ、
（ｃ）高周波パルス信号を生成して前記アンテナに送るとともに、前記アンテナで受信された信号を増幅する送受信手段を構成する信号送受信部、
（ｄ）前記信号送受信部より受信した信号と、動揺センサで計測したプラットフォームの運動及び位置情報から、２次元の高分解能画像である合成開口レーダ画像を再生する画像再生処理部、
（ｅ）２枚の合成開口レーダ画像から、観測領域の高度情報を生成するインタフェロメトリ処理部、
（ｆ）水平面からの傾きが等しく、長さの異なる２つベースラインの条件で求めた２つの高度情報から、観測領域への入射角の誤差を求める２ベースラインによる誤差推定部、
（ｇ）補正した観測領域への入射角を用いて、再度インタフェロメトリ処理を行うインタフェロメトリ再処理部、
（ｈ）観測領域への入射角とベースラインの水平面からの傾きの差が数度以下である観測条件。
【００４９】
実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２による高分解能レーダ装置である干渉型合成開口レーダ装置１００の構成例を示す構成図であり、実施の形態１に対し、異なるベースラインの傾きによる誤差推定部１３、及び、アンテナＡ〜Ｃの配置方法が異なる。
【００５０】
アンテナＡ〜Ｃは、図４に示すように、アンテナＡ、Ｂ、Ｃによって構成されるベースラインの長さが等しく、それぞれのベースラインの水平面に対する傾きが異なるように配置する。
【００５１】
異なるベースラインの傾きによる誤差推定部１３は、長さが等しく、水平面からの傾きが異なる２つベースラインの条件で求めた２つの高度情報から、観測領域への入射角の誤差を求める部分である。
【００５２】
異なるベースラインの傾きによる誤差推定部１３が、２つの高度情報から、観測領域への入射角の誤差を求める式は、実施の形態１と同様に求めることができ、次式である。
【００５３】
【数１０】
【００５４】
ここで、α１は、ベースライン１（アンテナＡ、アンテナＢ間のベースライン）の水平面に対する傾きを示し、α２は、ベースライン２（アンテナＡ、アンテナＣ間のベースライン）の水平面に対する傾きを示す。
式９との違いは、式９では、異なる長さのベースライン距離Ｂ１、Ｂ２が含まれていたが、式１１では、ベースラインごとの水平面に対する傾きα１、α２が含まれている点である。
【００５５】
本実施の形態では、図６又は図７のフローチャートにおいて、２ベースラインによる誤差推定ステップ（Ｓ９）の代わりに、異なるベースラインの傾きによる誤差推定ステップを行う。異なるベースラインの傾きによる誤差推定ステップ以外は、図６又は図７に示す処理と同じ処理を行う。
異なるベースラインの傾きによる誤差推定ステップでは、インタフェロメトリ処理において導出された２つの高度情報ｈ１及びｈ２に対して、式９の代わりに式１１を用いて、観測領域への入射角の誤差ｄθを求める。
そして、インタフェロメトリ再処理において、異なるベースラインの傾きによる誤差推定処理で得られた誤差ｄθを式１０に代入して、誤差が抑制された高度情報が得られる。
【００５６】
以上、本実施の形態では、以下の構成を有する干渉型合成開口レーダ装置について説明した。
（ａ）航空機や衛星などの移動プラットフォームに搭載され、機体の機軸と直交する平面内に直線状に配置された３つ以上のアンテナ、
（ｂ）移動プラットフォームの運動を計測する慣性センサ及び移動プラットフォームの位置、高度を計測するＧＰＳアンテナより構成される動揺センサ、
（ｃ）高周波パルス信号を生成して前記アンテナに送るとともに、前記アンテナで受信された信号を増幅する送受信手段を構成する信号送受信部、
（ｄ）前記信号送受信部より受信した信号と、動揺センサで計測したプラットフォームの運動及び位置情報から、２次元の高分解能画像である合成開口レーダ画像を再生する画像再生処理部、
（ｅ）２枚の合成開口レーダ画像から、観測領域の高度情報を生成するインタフェロメトリ処理部、
（ｆ）長さが等しく、水平面からの傾きが異なる２つベースラインの条件で求めた２つの高度情報から、観測領域への入射角の誤差を求める異なるベースラインの傾きによる誤差推定部、
（ｇ）補正した観測領域への入射角を用いて、再度インタフェロメトリ処理を行うインタフェロメトリ再処理部、
（ｈ）観測領域への入射角とベースラインの水平面からの傾きの差が数度以下である観測条件。
【００５７】
最後に実施の形態１、２に示した情報処理装置２００のハードウェア構成例について説明する。
情報処理装置２００は、プログラムを実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサともいう）を備えている。ＣＰＵは、バスを介して、例えば、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、磁気ディスク装置等と接続され、これらのハードウェアデバイスを制御する。
磁気ディスク装置には、例えば、オペレーティングシステム（ＯＳ）、プログラム群、ファイル群が記憶されている。プログラム群のプログラムは、ＣＰＵ、オペレーティングシステムにより実行される。
【００５８】
上記プログラム群には、実施の形態１、２の説明において「〜部」として説明している機能を実行するプログラムが記憶されている。プログラムは、ＣＰＵにより読み出され実行される。
ファイル群には、実施の形態１、２の説明において、「〜の判断」、「〜の計算」、「〜の比較」、「〜の測定」、「〜の推定」、「〜の変換」、「〜の作成」等として説明している処理の結果を示す情報やデータや信号値や変数値やパラメータが、「〜ファイル」や「〜データベース」の各項目として記憶されている。「〜ファイル」や「〜データベース」は、ディスクやメモリなどの記録媒体に記憶される。ディスクやメモリになどの記憶媒体に記憶された情報やデータや信号値や変数値やパラメータは、読み書き回路を介してＣＰＵによりメインメモリやキャッシュメモリに読み出され、抽出・検索・参照・比較・演算・計算・処理・編集・出力などのＣＰＵの動作に用いられる。抽出・検索・参照・比較・演算・計算・処理・編集・出力などのＣＰＵの動作の間、情報やデータや信号値や変数値やパラメータは、メインメモリ、レジスタ、キャッシュメモリ、バッファメモリ等に一時的に記憶される。
また、実施の形態１、２で説明しているフローチャートの矢印の部分は主としてデータや信号の入出力を示し、データや信号値は、ＲＡＭのメモリ、磁気ディスク装置の磁気ディスク、その他の記録媒体に記録される。
【００５９】
また、実施の形態１、２の説明において「〜部」として説明しているものは、「〜回路」、「〜装置」、「〜機器」、であってもよく、また、「〜ステップ」、「〜手順」、「〜処理」であってもよい。すなわち、「〜部」として説明しているものは、ＲＯＭに記憶されたファームウェアで実現されていても構わない。或いは、ソフトウェアのみ、或いは、素子・デバイス・基板・配線などのハードウェアのみ、或いは、ソフトウェアとハードウェアとの組み合わせ、さらには、ファームウェアとの組み合わせで実施されても構わない。ファームウェアとソフトウェアは、プログラムとして、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ等の記録媒体に記録可能である。プログラムはＣＰＵにより読み出され、ＣＰＵにより実行される。すなわち、プログラムは、実施の形態１、２の「〜部」としてコンピュータを機能させるものである。あるいは、実施の形態１、２の「〜部」の手順や方法をコンピュータに実行させるものである。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】この発明の実施の形態１による干渉型合成開口レーダ装置の構成例を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１による干渉型合成開口レーダ装置のアンテナの配置例を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態２による干渉型合成開口レーダ装置の構成例を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態２による干渉型合成開口レーダ装置のアンテナの配置例を示す図である。
【図５】この発明の解決する課題を説明するための観測の幾何条件を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態１による干渉型合成開口レーダ装置の動作例を示すフローチャート図である。
【図７】この発明の実施の形態１による干渉型合成開口レーダ装置の動作例を示すフローチャート図である。
【符号の説明】
【００６１】
１ アンテナＡ、２ アンテナＢ、３ アンテナＣ、４ 動揺センサ、５ 信号送受信部、６ 画像再生処理部、７ 合成開口レーダ画像、８ インタフェロメトリ処理部、９ 観測領域の高度情報、１０ ２ベースラインによる誤差推定部、１１ インタフェロメトリ再処理部、１２ 誤差抑圧後の観測領域の高度情報、１３ 異なるベースラインの傾きによる誤差推定部、１００ 干渉型合成開口レーダ装置、２００ 情報処理装置。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、航空機や衛星等の飛行体に搭載し、地表面を観測して高度情報を含んだ画像（合成開口レーダ画像及び数値標高モデル）を得るための干渉型合成開口レーダ技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
合成開口レーダは、航空機や衛星等の移動プラットフォームに搭載され、移動しつつ側方に電波を送受信して観測を行い、得られたデータを信号処理することにより観測領域の二次元の高分解能画像である合成開口レーダ画像を得ることが出来るレーダである。
干渉型合成開口レーダは、異なる位置から同じ地点を観測して得られた２枚の合成開口レーダ画像を用いて、観測領域の高度情報（数値標高モデル）を得ることが出来るレーダである（例えば、特許文献１）。
なお、この高度情報を求める処理をインタフェロメトリ処理と呼ぶ。
【特許文献１】特開２００４−１９１０５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
干渉型合成開口レーダは、２枚の合成開口レーダ画像から位相情報の差を求め、この位相情報の差を高度情報に変換することにより、観測領域の高度情報を求める。
この位相情報の差から高度情報への変換には、観測領域（観測対象）への入射角の値が必要であり、入射角の値を求めるためには自機の高度情報を必要とする。
このため、一般的な干渉型合成開口レーダでは、機体にＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ ＰｏｓＩｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）アンテナを搭載することにより自機の高度情報を計測する。
しかし、ＧＰＳは、位置精度は高いが高度精度が低く誤差を持つため、得られた観測領域の高度情報に誤差を生じてしまうという課題があった。
【０００４】
本発明は、このような課題を解決することを主な目的の一つとし、観測領域の高度情報に含まれる誤差を抑制し、高精度の高度計測を行うことを特徴とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る情報処理装置は、
飛行体に搭載される情報処理装置であって、
前記飛行体に配置されている３つ以上のアンテナのうちのいずれかのアンテナから送信され、観測対象に反射して前記３つ以上のアンテナで受信されたパルス信号を取得し、前記飛行体の運動状況、位置及び高度を計測するセンサから前記飛行体の運動状況、位置及び高度の情報を取得し、前記パルス信号と前記飛行体の運動状況、位置及び高度の情報とを用いて、３つ以上の２次元画像を生成する画像生成部と、
前記画像生成部により生成された前記３つ以上の２次元画像を用いて、前記観測対象の高度を示す高度情報を２つ以上生成する第一の高度情報生成部と、
前記第一の高度情報生成部により生成された前記２つ以上の高度情報と、前記３つ以上のアンテナの位置関係とを用いて、高度情報に含まれる誤差を推定する誤差推定部と、
前記誤差推定部により推定された誤差を用いて、前記観測対象の誤差補正後の高度を示す高度情報を生成する第二の高度情報生成部とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、観測対象についての２つ以上の高度情報と、３つ以上のアンテナの位置関係を用いて、高度情報に含まれる誤差を推定し、推定した誤差を用いて、誤差を補正して観測対象の高度を計測するため、高度情報に含まれる誤差を抑制し、高精度の高度計測を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
実施の形態１．
本実施の形態では、航空機や人工衛星等の飛行体に搭載され、地表面の高分解能画像及び高度情報を得る干渉型合成開口レーダ装置において、自機高度の測定誤差による地表面の高度情報の誤差を推定して補償することを可能とした干渉型合成開口レーダ装置について説明する。
【０００８】
図１は、この発明の実施の形態１による干渉型合成開口レーダ装置１００の構成例を示す構成図である。
干渉型合成開口レーダ装置１００は、航空機や人工衛星などの飛行体に搭載される。
また、干渉型合成開口レーダ装置１００の構成要素のうち、破線で囲んだ範囲が本発明に係る情報処理装置２００の例となる。
【０００９】
図１において、１〜３はアンテナＡ、Ｂ、Ｃであり、航空機や人工衛星などの移動プラットフォームに搭載される部分であり、これらは、図２に示す位置関係を必要とする。
図２において、移動プラットフォームは紙面と直交する方向に移動し、アンテナＡ〜Ｃは、紙面と平行な平面内で、直線状に配置する。
従来の干渉型合成開口レーダではアンテナは２つあればよく、この構成は本装置の一つの特徴を構成する部分である。
干渉型合成開口レーダでは、インタフェロメトリ処理を行う２つのアンテナを結ぶ直線をベースラインと呼ぶが、本装置の構成では、水平面からの傾きが等しく、長さの異なるベースラインを必要とする。
具体的には、図２に示すように、アンテナＡ、アンテナＢ間をベースライン１と呼び、アンテナＡ、アンテナＣ間をベースライン２と呼ぶ。
また、アンテナ間距離、すなわちベースラインの長さをベースライン距離という。
【００１０】
また、アンテナＡは、信号送受信部２で生成された高周波パルス信号を空間に放射する部分であり、アンテナＡ〜Ｃは、その高周波パルス信号の反射信号、すなわち観測領域（観測対象）で反射した高周波パルス信号を受信する部分である。
動揺センサ４は、移動プラットフォームの運動状況（速度、加速度、姿勢等）を計測する慣性センサ及び移動プラットフォームの位置、高度を計測するＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ ＰｏｓＩｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）アンテナより構成される。
信号送受信部５は、高周波パルス信号を生成してアンテナＡに送るとともに、アンテナＡ〜Ｃで受信された信号を増幅する送受信手段を構成する。
画像再生処理部６は、信号送受信部５より受信した信号と、動揺センサ４で計測したプラットフォームの運動状況及び位置、高度の情報から、２次元の高分解能画像である合成開口レーダ画像（２次元画像）を再生する。
合成開口レーダ画像７は、画像再生処理部６によって生成された画像データであり、アンテナＡ〜Ｃのデータ各々に対して生成する。
つまり、画像再生処理部６は、移動プラットフォーム（飛行体）に配置されている３つのアンテナのうちのいずれかのアンテナから送信され、観測対象に反射して３つのアンテナで受信されたパルス信号を取得し、移動プラットフォームの運動状況、位置及び高度を計測するセンサから移動プラットフォームの運動状況、位置及び高度の情報を取得し、パルス信号と移動プラットフォームの運動状況、位置及び高度の情報とを用いて、３つの２次元画像である合成開口レーダ画像７を生成する。
画像再生処理部６は、画像生成部の例である。
【００１１】
インタフェロメトリ処理部８は、２枚の合成開口レーダ画像から、観測領域の高度情報を生成する。
観測領域の高度情報９は、観測領域（観測対象）の高度を示す高度情報である。３枚の合成開口レーダ画像のうち２枚を組み合わせることで、２つの高度情報を得ることができる。
つまり、インタフェロメトリ処理部８は、画像再生処理部６により生成された３枚の合成開口レーダ画像を用いて、観測領域の高度を示す高度情報を２つ生成する。
インタフェロメトリ処理部８は、第一の高度情報生成部の例である。
なお、インタフェロメトリ処理部８により生成された観測領域の高度情報９は、後に詳述するように、一般に誤差を含んでいる。
【００１２】
２ベースラインによる誤差推定部１０は、水平面からの傾きが等しく、長さの異なる２つベースラインの条件で求めた２つの高度情報から、高度情報に含まれる誤差を推定する。
つまり、２ベースラインによる誤差推定部１０は、インタフェロメトリ処理部８により生成された２つの高度情報と、３つのアンテナの位置関係とを用いて、高度情報に含まれる誤差を推定する。
具体的には、２ベースラインによる誤差推定部１０は、３つのアンテナのアンテナ間距離である相互に長さの異なる２つのベースライン距離を用いて、観測領域への高周波パルス信号の入射角（オフナディア角）の誤差を推定する。
観測領域への高周波パルス信号の入射角（オフナディア角）の誤差とは、アンテナＡから送出された高周波パルス信号の観測領域の実際の入射角（オフナディア角）と、ＧＰＳにより測定された自機高度を用いて算出された計算上の高周波パルス信号の入射角（オフナディア角）との差異を意味する。
２ベースラインによる誤差推定部１０は、誤差推定部の例である。
【００１３】
インタフェロメトリ再処理部１１は、補正した観測領域への入射角を用いて、再度インタフェロメトリ処理を行う。
この処理を行うことにより、誤差が抑圧された観測領域の高度情報１２を得ることが出来る。
つまり、インタフェロメトリ再処理部１１は、２ベースラインによる誤差推定部１０により推定された誤差（入射角の誤差）を用いて、観測領域の誤差補正後の高度を示す高度情報を生成する。
インタフェロメトリ再処理部１１は、第二の高度情報生成部の例である。
【００１４】
なお、本装置において、少なくとも２ベースラインによる誤差推定部１０、インタフェロメトリ再処理部１１は、従来の構成に含まれておらず、本装置において新たに加わった部分である。
【００１５】
加えて、本装置では、観測条件に制限があり、観測領域への入射角（オフナディア角）とベースラインの傾きの差が１０度以下であることが望ましい。
干渉型合成開口レーダは、観測領域への入射角（オフナディア角）とベースラインの傾きが等しい場合に最も性能が高いため、上記の条件はよく用いられる。
本装置においても、観測領域への入射角（オフナディア角）とベースラインの傾きの差が少ないことが望まれ、例えば、両者の差が０〜５度程度であることがより望ましい。
【００１６】
次に、本装置の構成により、観測領域の高度情報の誤差が抑圧できる原理について説明する。
【００１７】
まず、図５に示す観測の幾何条件を考える。
レーダにおいては、信号の位相情報は、アンテナと観測領域の距離（スラントレンジ）に比例する。
このため、アンテナＳ１、Ｓ２で同じ地点を観測した信号の位相差φを求めると、幾何関係により次式を得る。
【００１８】
【数１】
【００１９】
ここで、λはレーダの波長、Ｂはベースラインの長さ、θは入射角、αはベースラインの傾き、ｈは観測領域の高度、Ｈは自機高度、ｒはスラントレンジを表す。
【００２０】
これらの式１、式２について、θを媒介変数として微分することにより、高度変化に対する位相変化として次式を得る。
【００２１】
【数２】
【００２２】
これをφについて積分することにより、次式を得る。
【００２３】
【数３】
【００２４】
従来のインタフェロメトリ処理では、この式を用いて、位相情報を観測領域の高度情報に変換する。
【００２５】
ここで、θについて考える。θは、図５に示すように、自機高度Ｈとスラントレンジｒから次式によって求める。
【００２６】
【数４】
【００２７】
このため、自機高度Ｈに誤差があるとθに誤差を生じる。θに誤差があると、式４より観測領域の高度情報ｈに誤差を生じる（図５（ｃ）参照））。
ここで、θの誤差をｄθとし、誤差の生じた観測領域の高度情報をｈ’とすると、次式となる。
【００２８】
【数５】
【００２９】
なお、レーダでは、スラントレンジが少なくとも数ｋｍ以上であり、ＧＰＳアンテナによるＨの誤差は数ｍ〜数十ｍ程度であるため、ｄθ＜＜１である。このため、ｄθ＜＜１の条件で式６を近似して、次式を得る。
【００３０】
【数６】
【００３１】
さらに、上記した観測条件の制限である｜θ−α｜＜＜１より、式７を近似して次式を得る。
【００３２】
【数７】
【００３３】
これに対し、２つのベースラインの長さをＢ１、Ｂ２とし、そのときの観測領域の高度情報をｈ１’、ｈ２’とする。この差ｄｈ’を求めると次式となる。
【００３４】
【数８】
【００３５】
これより、ｄｈ’がｄθに比例することが分かるため、ｄｈ’よりｄθを求めることが可能である。このため、求めたｄθを用いて、再度インタフェロメトリ処理を行うことにより、誤差の抑圧された観測領域の高度情報を得ることが出来る。
【００３６】
なお、式９を用いて、ｄｈ’よりｄθを求める際に、式９右辺の括弧内のθは、式においては誤差の抑圧されたθであるが、実際に既知である値は誤差のあるθである。このため、ｄｈ’の算出の際に、誤差が残る。
この誤差は微小項であるため近似的に無視することが可能であるが、インタフェロメトリ処理部８〜インタフェロメトリ再処理部１１の処理を繰り返し実施する収束演算を行うことにより、より誤差を抑圧することも可能である。
【００３７】
以下、上記の観測の幾何条件を踏まえて、本実施の形態に係る干渉型合成開口レーダ装置１００の動作例を説明するが、説明の前提として、先ず、上記の式１〜９に用いられた係数について説明する。
λ（レーダの波長）は、干渉型合成開口レーダ装置１００の記憶装置（不図示）に予め記憶されている情報である。
Ｂ（ベースライン距離）は、干渉型合成開口レーダ装置１００の記憶装置に予め記憶されている情報である。
θ（入射角（オフナディア角））は、インタフェロメトリ処理部８が、インタフェロメトリ処理の途中で式５により求める情報である。
α（ベースラインの傾き）は、干渉型合成開口レーダ装置１００の記憶装置に予め記憶されている情報である。
ｈ（観測領域の高度）は、インタフェロメトリ処理部８が、合成開口レーダ画像７からインタフェロメトリ処理で求める情報である。
Ｈ（自機高度）は、動揺センサ４により計測する情報である。
ｒ（スラントレンジ）は、干渉型合成開口レーダ装置１００の記憶装置に予め記憶されている情報である。
【００３８】
次に、図６のフローチャートを用いて、本実施の形態に係る干渉型合成開口レーダ装置１００の動作例を説明する。
【００３９】
先ず、信号送受信部５で生成された高周波パルス信号を、アンテナＡが空間に放射する。空間に放射され、地表面で反射された反射信号をアンテナＡ〜Ｃが受信する。
また、アンテナＡ〜Ｃで受信された信号を信号送受信部２が増幅する。その際、動揺センサ４が、移動プラットフォームの運動及び位置情報を計測する（ステップＳ１）。
【００４０】
画像再生処理部６は、信号送受信部５よりアンテナＡ〜Ｃで受信されたパルス信号を取得し、また、動揺センサ４で計測したプラットフォームの運動状況及び位置、高度の情報を取得し、これらパルス信号、プラットフォームの運動状況及び位置、高度の情報から、画像再生処理部６は画像再生処理を行い、２次元の高分解能画像である合成開口レーダ画像を再生する。
このとき、画像再生処理は、アンテナＡ〜Ｃのデータ各々に対して行い、３枚の合成開口レーダ画像７を得る（ステップＳ２）（画像生成ステップ）。
【００４１】
次に、インタフェロメトリ処理部８により、インタフェロメトリ処理を行う。
インタフェロメトリ処理部８の処理のうち、Ｓ３〜Ｓ８は、既存の方法で実現されるものであり、例えば、特許文献１に示される方法で実現することができる。但し、特許文献１に記載の方法に限定されるわけではなく、他の方法であってもよい。
従来と異なる点は、３枚の合成開口レーダ画像７から２枚選ぶ組合せを２つつくり、この組合せ毎にインタフェロメトリ処理を行い、２つの観測領域の高度情報９を得ることである。従来は、２枚の合成開口レーダ画像に対して１回の処理を行い、観測領域の高度情報を１つ得るものであった。
位相高度変換ステップ（Ｓ７）においては、インタフェロメトリ処理部８は、上記の式４を用いて、ベースライン１についての高度情報ｈ１及びベースライン２についての高度情報ｈ２の２つの高度情報を算出する。
具体的には、式４の係数Ｂにベースライン１のベースライン距離を代入してベースライン１についての高度情報ｈ１を算出し、式４の係数Ｂにベースライン２のベースライン距離を代入してベースライン２についての高度情報ｈ２を算出する。
なお、式４に含まれる係数θは、式５を用いて、位相高度変換ステップ（Ｓ７）以前の段階で算出していてもよいし、位相高度変換ステップ（Ｓ７）中に算出してもよい。
なお、インタフェロメトリ処理部８が式４を用いて算出した高度情報ｈ１及びｈ２は、ＧＰＳにより計測された精度の高くない自機高度Ｈの影響を受けており（式５参照）、高度情報ｈ１及びｈ２には、実際には、式８に示すような誤差が含まれており、この誤差を除去する必要がある。
【００４２】
そこで、２ベースラインによる誤差推定部１０が、２つの観測領域の高度情報ｈ１及びｈ２から、観測領域への入射角（オフナディア角）の誤差を求める。
上記したように、２つの観測領域の高度情報ｈ１及びｈ２には式８に示すような誤差が含まれており、このため、高度情報ｈ１及びｈ２は式９におけるｈ１’、ｈ２’に相当する。また、観測領域への入射角の誤差が式９におけるｄθに相当する。
このため、２ベースラインによる誤差推定部１０は、式９により、ｈ１’、ｈ２’から、ｄθを求める（ステップＳ９）（誤差推定ステップ）。
【００４３】
次に、インタフェロメトリ再処理部１１が、２ベースラインによる誤差推定部１０が求めたｄθでθを補正し、インタフェロメトリ再処理部１１により、再度インタフェロメトリ処理を行い、誤差抑圧後の観測領域の高度情報１２を得る（ステップＳ１０〜Ｓ１５）。
具体的には、インタフェロメトリ再処理部１１は、Ｓ１４の位相高度変換ステップ（第二の高度情報生成ステップ）において、式４のθにｄθを加えて、式４の計算を行う。
つまり、以下の式１０に示す計算を行うことで、誤差が除去されたｈ（観測領域の高度）を得ることができる。
【００４４】
【数９】
【００４５】
なお、インタフェロメトリ再処理部１１の処理のうちＳ１０〜Ｓ１５は、インタフェロメトリ処理部８のＳ３〜Ｓ８と同様であり、既存の技術で実現できるため、説明を省略する。
なお、図７に示すように、インタフェロメトリ再処理部１１は、Ｓ１０〜Ｓ１３の処理を省略して、Ｓ１４の位相高度変換ステップを直接行い、上記の式１０の計算を行うようにしてもよい。
【００４６】
また、以上では、アンテナが３つであり、このため、合成開口レーダ画像が３つとなり、観測領域の高度情報が２つとなる例を説明したが、アンテナを４つ以上とすることも可能である。
例えば、アンテナを４つとした場合、合成開口レーダ画像が４つとなり、観測領域の高度情報が３つとなる。観測領域の高度情報をｈ１’、ｈ２’、ｈ３’とした場合、ｄθ１＝ｈ１’−ｈ２’、ｄθ２＝ｈ１’−ｈ３’のように２つの誤差ｄθが導出される。この２つの誤差ｄθ１及びｄθ２の平均値を、式１０に代入することにより、アンテナを４つとした場合にも、誤差が除去されたｈ（観測領域の高度）を得ることができる。
アンテナを５つ以上とした場合も、同様に、複数の誤差ｄθの平均値を用いて、誤差が除去されたｈ（観測領域の高度）を得ることができる。
【００４７】
このように、本実施の形態によれば、航空機や人工衛星等の移動プラットフォームに搭載され、地表面の高分解能画像及び高度情報を得る干渉型合成開口レーダ装置において、自機高度の測定誤差による地表面の高度情報の誤差を推定して補償することが可能になる。
つまり、機体の機軸と直交する平面内で直線状に３つ以上のアンテナを配置し、干渉型合成開口レーダ画像の高度情報を２つ得て、この得られた高度情報の差分から誤差を推定して補償し、再度干渉型合成開口レーダの処理を行うことにより、地表面の高度誤差を抑圧することができる。そして、この結果、地形についての高精度な３次元情報を取得することができる。
【００４８】
以上、本実施の形態では、以下の構成を有する干渉型合成開口レーダ装置について説明した。
（ａ）航空機や衛星などの移動プラットフォームに搭載され、機体の機軸と直交する平面内に直線状に配置された３つ以上のアンテナ、
（ｂ）移動プラットフォームの運動を計測する慣性センサ及び移動プラットフォームの位置、高度を計測するＧＰＳアンテナより構成される動揺センサ、
（ｃ）高周波パルス信号を生成して前記アンテナに送るとともに、前記アンテナで受信された信号を増幅する送受信手段を構成する信号送受信部、
（ｄ）前記信号送受信部より受信した信号と、動揺センサで計測したプラットフォームの運動及び位置情報から、２次元の高分解能画像である合成開口レーダ画像を再生する画像再生処理部、
（ｅ）２枚の合成開口レーダ画像から、観測領域の高度情報を生成するインタフェロメトリ処理部、
（ｆ）水平面からの傾きが等しく、長さの異なる２つベースラインの条件で求めた２つの高度情報から、観測領域への入射角の誤差を求める２ベースラインによる誤差推定部、
（ｇ）補正した観測領域への入射角を用いて、再度インタフェロメトリ処理を行うインタフェロメトリ再処理部、
（ｈ）観測領域への入射角とベースラインの水平面からの傾きの差が数度以下である観測条件。
【００４９】
実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２による高分解能レーダ装置である干渉型合成開口レーダ装置１００の構成例を示す構成図であり、実施の形態１に対し、異なるベースラインの傾きによる誤差推定部１３、及び、アンテナＡ〜Ｃの配置方法が異なる。
【００５０】
アンテナＡ〜Ｃは、図４に示すように、アンテナＡ、Ｂ、Ｃによって構成されるベースラインの長さが等しく、それぞれのベースラインの水平面に対する傾きが異なるように配置する。
【００５１】
異なるベースラインの傾きによる誤差推定部１３は、長さが等しく、水平面からの傾きが異なる２つベースラインの条件で求めた２つの高度情報から、観測領域への入射角の誤差を求める部分である。
【００５２】
異なるベースラインの傾きによる誤差推定部１３が、２つの高度情報から、観測領域への入射角の誤差を求める式は、実施の形態１と同様に求めることができ、次式である。
【００５３】
【数１０】
【００５４】
ここで、α１は、ベースライン１（アンテナＡ、アンテナＢ間のベースライン）の水平面に対する傾きを示し、α２は、ベースライン２（アンテナＡ、アンテナＣ間のベースライン）の水平面に対する傾きを示す。
式９との違いは、式９では、異なる長さのベースライン距離Ｂ１、Ｂ２が含まれていたが、式１１では、ベースラインごとの水平面に対する傾きα１、α２が含まれている点である。
【００５５】
本実施の形態では、図６又は図７のフローチャートにおいて、２ベースラインによる誤差推定ステップ（Ｓ９）の代わりに、異なるベースラインの傾きによる誤差推定ステップを行う。異なるベースラインの傾きによる誤差推定ステップ以外は、図６又は図７に示す処理と同じ処理を行う。
異なるベースラインの傾きによる誤差推定ステップでは、インタフェロメトリ処理において導出された２つの高度情報ｈ１及びｈ２に対して、式９の代わりに式１１を用いて、観測領域への入射角の誤差ｄθを求める。
そして、インタフェロメトリ再処理において、異なるベースラインの傾きによる誤差推定処理で得られた誤差ｄθを式１０に代入して、誤差が抑制された高度情報が得られる。
【００５６】
以上、本実施の形態では、以下の構成を有する干渉型合成開口レーダ装置について説明した。
（ａ）航空機や衛星などの移動プラットフォームに搭載され、機体の機軸と直交する平面内に直線状に配置された３つ以上のアンテナ、
（ｂ）移動プラットフォームの運動を計測する慣性センサ及び移動プラットフォームの位置、高度を計測するＧＰＳアンテナより構成される動揺センサ、
（ｃ）高周波パルス信号を生成して前記アンテナに送るとともに、前記アンテナで受信された信号を増幅する送受信手段を構成する信号送受信部、
（ｄ）前記信号送受信部より受信した信号と、動揺センサで計測したプラットフォームの運動及び位置情報から、２次元の高分解能画像である合成開口レーダ画像を再生する画像再生処理部、
（ｅ）２枚の合成開口レーダ画像から、観測領域の高度情報を生成するインタフェロメトリ処理部、
（ｆ）長さが等しく、水平面からの傾きが異なる２つベースラインの条件で求めた２つの高度情報から、観測領域への入射角の誤差を求める異なるベースラインの傾きによる誤差推定部、
（ｇ）補正した観測領域への入射角を用いて、再度インタフェロメトリ処理を行うインタフェロメトリ再処理部、
（ｈ）観測領域への入射角とベースラインの水平面からの傾きの差が数度以下である観測条件。
【００５７】
最後に実施の形態１、２に示した情報処理装置２００のハードウェア構成例について説明する。
情報処理装置２００は、プログラムを実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサともいう）を備えている。ＣＰＵは、バスを介して、例えば、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、磁気ディスク装置等と接続され、これらのハードウェアデバイスを制御する。
磁気ディスク装置には、例えば、オペレーティングシステム（ＯＳ）、プログラム群、ファイル群が記憶されている。プログラム群のプログラムは、ＣＰＵ、オペレーティングシステムにより実行される。
【００５８】
上記プログラム群には、実施の形態１、２の説明において「〜部」として説明している機能を実行するプログラムが記憶されている。プログラムは、ＣＰＵにより読み出され実行される。
ファイル群には、実施の形態１、２の説明において、「〜の判断」、「〜の計算」、「〜の比較」、「〜の測定」、「〜の推定」、「〜の変換」、「〜の作成」等として説明している処理の結果を示す情報やデータや信号値や変数値やパラメータが、「〜ファイル」や「〜データベース」の各項目として記憶されている。「〜ファイル」や「〜データベース」は、ディスクやメモリなどの記録媒体に記憶される。ディスクやメモリになどの記憶媒体に記憶された情報やデータや信号値や変数値やパラメータは、読み書き回路を介してＣＰＵによりメインメモリやキャッシュメモリに読み出され、抽出・検索・参照・比較・演算・計算・処理・編集・出力などのＣＰＵの動作に用いられる。抽出・検索・参照・比較・演算・計算・処理・編集・出力などのＣＰＵの動作の間、情報やデータや信号値や変数値やパラメータは、メインメモリ、レジスタ、キャッシュメモリ、バッファメモリ等に一時的に記憶される。
また、実施の形態１、２で説明しているフローチャートの矢印の部分は主としてデータや信号の入出力を示し、データや信号値は、ＲＡＭのメモリ、磁気ディスク装置の磁気ディスク、その他の記録媒体に記録される。
【００５９】
また、実施の形態１、２の説明において「〜部」として説明しているものは、「〜回路」、「〜装置」、「〜機器」、であってもよく、また、「〜ステップ」、「〜手順」、「〜処理」であってもよい。すなわち、「〜部」として説明しているものは、ＲＯＭに記憶されたファームウェアで実現されていても構わない。或いは、ソフトウェアのみ、或いは、素子・デバイス・基板・配線などのハードウェアのみ、或いは、ソフトウェアとハードウェアとの組み合わせ、さらには、ファームウェアとの組み合わせで実施されても構わない。ファームウェアとソフトウェアは、プログラムとして、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ等の記録媒体に記録可能である。プログラムはＣＰＵにより読み出され、ＣＰＵにより実行される。すなわち、プログラムは、実施の形態１、２の「〜部」としてコンピュータを機能させるものである。あるいは、実施の形態１、２の「〜部」の手順や方法をコンピュータに実行させるものである。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】この発明の実施の形態１による干渉型合成開口レーダ装置の構成例を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１による干渉型合成開口レーダ装置のアンテナの配置例を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態２による干渉型合成開口レーダ装置の構成例を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態２による干渉型合成開口レーダ装置のアンテナの配置例を示す図である。
【図５】この発明の解決する課題を説明するための観測の幾何条件を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態１による干渉型合成開口レーダ装置の動作例を示すフローチャート図である。
【図７】この発明の実施の形態１による干渉型合成開口レーダ装置の動作例を示すフローチャート図である。
【符号の説明】
【００６１】
１ アンテナＡ、２ アンテナＢ、３ アンテナＣ、４ 動揺センサ、５ 信号送受信部、６ 画像再生処理部、７ 合成開口レーダ画像、８ インタフェロメトリ処理部、９ 観測領域の高度情報、１０ ２ベースラインによる誤差推定部、１１ インタフェロメトリ再処理部、１２ 誤差抑圧後の観測領域の高度情報、１３ 異なるベースラインの傾きによる誤差推定部、１００ 干渉型合成開口レーダ装置、２００ 情報処理装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
飛行体に搭載される情報処理装置であって、
前記飛行体に配置されている３つ以上のアンテナのうちのいずれかのアンテナから送信され、観測対象に反射して前記３つ以上のアンテナで受信されたパルス信号を取得し、前記飛行体の運動状況、位置及び高度を計測するセンサから前記飛行体の運動状況、位置及び高度の情報を取得し、前記パルス信号と前記飛行体の運動状況、位置及び高度の情報とを用いて、３つ以上の２次元画像を生成する画像生成部と、
前記画像生成部により生成された前記３つ以上の２次元画像を用いて、前記観測対象の高度を示す高度情報を２つ以上生成する第一の高度情報生成部と、
前記第一の高度情報生成部により生成された前記２つ以上の高度情報と、前記３つ以上のアンテナの位置関係とを用いて、高度情報に含まれる誤差を推定する誤差推定部と、
前記誤差推定部により推定された誤差を用いて、前記観測対象の誤差補正後の高度を示す高度情報を生成する第二の高度情報生成部とを有することを特徴とする情報処理装置。
【請求項２】
前記誤差推定部は、
前記第一の高度情報生成部により生成された前記２つ以上の高度情報と、前記３つ以上のアンテナのアンテナ間距離である２つ以上のベースライン距離とを用いて、誤差を推定することを特徴とする請求項１に記載の情報処理装置。
【請求項３】
前記画像生成部は、
前記飛行体に直線状に配置されている３つ以上のアンテナで受信されたパルス信号を取得し、
前記誤差推定部は、
前記２つ以上の高度情報と、相互に長さの異なる２つ以上のベースライン距離とを用いて、誤差を推定することを特徴とする請求項２に記載の情報処理装置。
【請求項４】
前記情報処理装置は、
前記３つ以上のアンテナを結ぶベースラインの水平面に対する傾きとオフナディア角との差が１０度以下である飛行体に搭載されることを特徴とする請求項３に記載の情報処理装置。
【請求項５】
前記画像生成部は、
前記飛行体に、アンテナ間を結ぶベースラインの水平面に対する傾きがベースライン毎に相違するとともにベースライン距離が相互に等しくなるように配置されている３つ以上のアンテナで受信されたパルス信号を取得し、
前記誤差推定部は、
前記第一の高度情報生成部により生成された前記２つ以上の高度情報と、各々のベースラインの水平面に対する傾きとを用いて、誤差を推定することを特徴とする請求項１に記載の情報処理装置。
【請求項６】
前記誤差推定部は、
前記観測対象へのパルス信号の入射角の誤差を推定し、
前記第二の高度情報生成部は、
前記誤差推定部により推定された前記入射角の誤差を用いて、前記観測対象の誤差補正後の高度を示す高度情報を生成することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の情報処理装置。
【請求項７】
前記画像生成部は、
前記３つ以上の２次元画像として、２次元の高分解能画像である合成開口レーダ画像を３つ以上生成し、
前記第一の高度情報生成部は、
前記画像生成部により生成された３つ以上の合成開口レーダ画像を用いてインタフェロメトリ処理を行って、前記観測対象の高度を示す高度情報を２つ以上生成することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の情報処理装置。
【請求項８】
飛行体に搭載されるコンピュータを用いる情報処理方法であって、
前記コンピュータが、前記飛行体に配置されている３つ以上のアンテナのうちのいずれかのアンテナから送信され、観測対象に反射して前記３つ以上のアンテナで受信されたパルス信号を取得し、前記飛行体の運動状況、位置及び高度を計測するセンサから前記飛行体の運動状況、位置及び高度の情報を取得し、前記パルス信号と前記飛行体の運動状況、位置及び高度の情報とを用いて、３つ以上の２次元画像を生成する画像生成ステップと、
前記コンピュータが、前記画像生成ステップにより生成された前記３つ以上の２次元画像を用いて、前記観測対象の高度を示す高度情報を２つ以上生成する第一の高度情報生成ステップと、
前記コンピュータが、前記第一の高度情報生成ステップにより生成された前記２つ以上の高度情報と、前記３つ以上のアンテナの位置関係とを用いて、高度情報に含まれる誤差を推定する誤差推定ステップと、
前記コンピュータが、前記誤差推定ステップにより推定された誤差を用いて、前記観測対象の誤差補正後の高度を示す高度情報を生成する第二の高度情報生成ステップとを有することを特徴とする情報処理方法。
【請求項９】
飛行体に搭載されるコンピュータに、
前記飛行体に配置されている３つ以上のアンテナのうちのいずれかのアンテナから送信され、観測対象に反射して前記３つ以上のアンテナで受信されたパルス信号を取得し、前記飛行体の運動状況、位置及び高度を計測するセンサから前記飛行体の運動状況、位置及び高度の情報を取得し、前記パルス信号と前記飛行体の運動状況、位置及び高度の情報とを用いて、３つ以上の２次元画像を生成する画像生成処理と、
前記画像生成処理により生成された前記３つ以上の２次元画像を用いて、前記観測対象の高度を示す高度情報を２つ以上生成する第一の高度情報生成処理と、
前記第一の高度情報生成処理により生成された前記２つ以上の高度情報と、前記３つ以上のアンテナの位置関係とを用いて、高度情報に含まれる誤差を推定する誤差推定処理と、
前記誤差推定処理により推定された誤差を用いて、前記観測対象の誤差補正後の高度を示す高度情報を生成する第二の高度情報生成処理とを実行させることを特徴とするプログラム。
【請求項１】
飛行体に搭載される情報処理装置であって、
前記飛行体に配置されている３つ以上のアンテナのうちのいずれかのアンテナから送信され、観測対象に反射して前記３つ以上のアンテナで受信されたパルス信号を取得し、前記飛行体の運動状況、位置及び高度を計測するセンサから前記飛行体の運動状況、位置及び高度の情報を取得し、前記パルス信号と前記飛行体の運動状況、位置及び高度の情報とを用いて、３つ以上の２次元画像を生成する画像生成部と、
前記画像生成部により生成された前記３つ以上の２次元画像を用いて、前記観測対象の高度を示す高度情報を２つ以上生成する第一の高度情報生成部と、
前記第一の高度情報生成部により生成された前記２つ以上の高度情報と、前記３つ以上のアンテナの位置関係とを用いて、高度情報に含まれる誤差を推定する誤差推定部と、
前記誤差推定部により推定された誤差を用いて、前記観測対象の誤差補正後の高度を示す高度情報を生成する第二の高度情報生成部とを有することを特徴とする情報処理装置。
【請求項２】
前記誤差推定部は、
前記第一の高度情報生成部により生成された前記２つ以上の高度情報と、前記３つ以上のアンテナのアンテナ間距離である２つ以上のベースライン距離とを用いて、誤差を推定することを特徴とする請求項１に記載の情報処理装置。
【請求項３】
前記画像生成部は、
前記飛行体に直線状に配置されている３つ以上のアンテナで受信されたパルス信号を取得し、
前記誤差推定部は、
前記２つ以上の高度情報と、相互に長さの異なる２つ以上のベースライン距離とを用いて、誤差を推定することを特徴とする請求項２に記載の情報処理装置。
【請求項４】
前記情報処理装置は、
前記３つ以上のアンテナを結ぶベースラインの水平面に対する傾きとオフナディア角との差が１０度以下である飛行体に搭載されることを特徴とする請求項３に記載の情報処理装置。
【請求項５】
前記画像生成部は、
前記飛行体に、アンテナ間を結ぶベースラインの水平面に対する傾きがベースライン毎に相違するとともにベースライン距離が相互に等しくなるように配置されている３つ以上のアンテナで受信されたパルス信号を取得し、
前記誤差推定部は、
前記第一の高度情報生成部により生成された前記２つ以上の高度情報と、各々のベースラインの水平面に対する傾きとを用いて、誤差を推定することを特徴とする請求項１に記載の情報処理装置。
【請求項６】
前記誤差推定部は、
前記観測対象へのパルス信号の入射角の誤差を推定し、
前記第二の高度情報生成部は、
前記誤差推定部により推定された前記入射角の誤差を用いて、前記観測対象の誤差補正後の高度を示す高度情報を生成することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の情報処理装置。
【請求項７】
前記画像生成部は、
前記３つ以上の２次元画像として、２次元の高分解能画像である合成開口レーダ画像を３つ以上生成し、
前記第一の高度情報生成部は、
前記画像生成部により生成された３つ以上の合成開口レーダ画像を用いてインタフェロメトリ処理を行って、前記観測対象の高度を示す高度情報を２つ以上生成することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の情報処理装置。
【請求項８】
飛行体に搭載されるコンピュータを用いる情報処理方法であって、
前記コンピュータが、前記飛行体に配置されている３つ以上のアンテナのうちのいずれかのアンテナから送信され、観測対象に反射して前記３つ以上のアンテナで受信されたパルス信号を取得し、前記飛行体の運動状況、位置及び高度を計測するセンサから前記飛行体の運動状況、位置及び高度の情報を取得し、前記パルス信号と前記飛行体の運動状況、位置及び高度の情報とを用いて、３つ以上の２次元画像を生成する画像生成ステップと、
前記コンピュータが、前記画像生成ステップにより生成された前記３つ以上の２次元画像を用いて、前記観測対象の高度を示す高度情報を２つ以上生成する第一の高度情報生成ステップと、
前記コンピュータが、前記第一の高度情報生成ステップにより生成された前記２つ以上の高度情報と、前記３つ以上のアンテナの位置関係とを用いて、高度情報に含まれる誤差を推定する誤差推定ステップと、
前記コンピュータが、前記誤差推定ステップにより推定された誤差を用いて、前記観測対象の誤差補正後の高度を示す高度情報を生成する第二の高度情報生成ステップとを有することを特徴とする情報処理方法。
【請求項９】
飛行体に搭載されるコンピュータに、
前記飛行体に配置されている３つ以上のアンテナのうちのいずれかのアンテナから送信され、観測対象に反射して前記３つ以上のアンテナで受信されたパルス信号を取得し、前記飛行体の運動状況、位置及び高度を計測するセンサから前記飛行体の運動状況、位置及び高度の情報を取得し、前記パルス信号と前記飛行体の運動状況、位置及び高度の情報とを用いて、３つ以上の２次元画像を生成する画像生成処理と、
前記画像生成処理により生成された前記３つ以上の２次元画像を用いて、前記観測対象の高度を示す高度情報を２つ以上生成する第一の高度情報生成処理と、
前記第一の高度情報生成処理により生成された前記２つ以上の高度情報と、前記３つ以上のアンテナの位置関係とを用いて、高度情報に含まれる誤差を推定する誤差推定処理と、
前記誤差推定処理により推定された誤差を用いて、前記観測対象の誤差補正後の高度を示す高度情報を生成する第二の高度情報生成処理とを実行させることを特徴とするプログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００８−２４９５５１（Ｐ２００８−２４９５５１Ａ）
【公開日】平成２０年１０月１６日（２００８．１０．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−９２３８３（Ｐ２００７−９２３８３）
【出願日】平成１９年３月３０日（２００７．３．３０）
【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２０年１０月１６日（２００８．１０．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月３０日（２００７．３．３０）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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