JP3672212B2 - 合成開口レーダ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は航空機や衛星に搭載する合成開口レーダ装置に係り、地表等を観測して、その３次元地形を測定する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の合成開口レーダ装置としては、図１７に示すようなものがあった。図１７は特開平７−７２２４４号公報に掲載された構成図で、１、２は送受信アンテナ、４、５は送受信部、６は画像処理部、７は干渉処理部、８は地形変動解析処理部、１１は観測する地表などの観測領域である。
また、図１８はこの装置による観測のジオメトリを示したものである。
【０００３】
次に動作について説明する。送受信アンテナ１は送受信部４で発生した高周波パルス信号を観測領域１１へ向けて照射し、その反射波を受信する。また、送受信アンテナ２は送受信部５で発生した高周波パルス信号を観測領域１１へ向けて照射し、その反射波を受信する。二つのアンテナは図１８に示すように、地上の同じ領域を照射するようにビームの角度を調節されているものとする。
【０００４】
画像処理部６はそれぞれのアンテナで受信した信号から観測領域の高分解能レーダ画像を再生する。通常、この種のレーダでは、送信パルスは距離分解能を改善するためにリニアFM変調して帯域幅を拡張しており、周波数対遅延時間特性が送信側と対になる分散型遅延線を利用して分解能の高いパルス波形を復元する。また、プラットフォームの移動に伴い発生するドップラー周波数の時間変化を利用して、これと共役なリファレンス関数とのマッチドフィルタによりアジマス分解能を改善する。このように合成開口レーダの画像再生処理として良く知られた分解能向上の処理により高分解能レーダ画像が得られる。
【０００５】
干渉処理部７は画像処理部６で得られた２枚の複素ＳＡＲ画像の位相差を求める。さらに、送受信アンテナ１と２、および高低差のない理想的な地球ジオイド面における観測領域１１上の任意の点の位置関係から決まる位相変化を取り除くと、等高線に相当する等位相線を求めることができる。この操作は合成開口レーダのインターフェロメトリ処理として知られており、位相差φと地形の高さｈの間の次の関係式を利用して、等位相線から３次元地形を知る方法である。但し、Ｂは送受信アンテナ１と２の間隔、すなわちベースラインの長さ、λは波長、ｒはアンテナと観測領域の距離、θはオフナディア角、αはベースラインの水平面からの傾きである。
【０００６】
【数１】
【０００７】
さらに、地形変動解析処理部８は、過去に観測した３次元地形をデータベース１０に記憶し、標高差算出部９が新たに観測した３次元地形との差を求めるので、２回の観測の間の地形変動を求めることができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来の合成開口レーダ装置はこのように構成されているので、移動プラットフォーム上に２台の送受信アンテナを搭載する必要があって、構成が複雑になって重量も増加する問題があった。
【０００９】
また、式（１）からわかるように、地形の高さの精度はプラットフォームと観測領域の距離に反比例して、ベースライン長に比例する。したがって衛星のように遠い軌道から観測する場合には、搭載した２台のアンテナではベースライン長が不足して地形高さの要求精度を満足できない場合が多い。あるいは、ほとんどの衛星はアンテナを１台しか搭載していないので、１回の観測で１枚の画像しか得ることができない。
そこで従来は、衛星が地球を周回して、再び近接した軌道に回帰してくるのを待って、２枚目の画像を観測するRepeat Pass Interferometory の手法がとられている。しかし、この場合には２回の観測の間に数日から数十日の間隔が空くので、観測結果を得るまでの時間遅れが大きいという問題があった。あるいはまた、その間の地表面の変化によって２枚の画像の相関が低下して、高さの誤差が増大するという問題があった。
【００１０】
あるいはまた、限られた送信電力のもとで信号のＳ／Ｎ（Signal to Noise ratio ）を一定値以上に保つためにはアンテナ利得を稼ぐためにビーム幅を狭くせざるを得ず、このため、観測領域が狭い範囲に制限されるという問題があった。
【００１１】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、１台の受信アンテナで、インターフェロメトリ処理に必要な２枚の合成開口レーダ画像を同時に観測できる合成開口レーダ装置を得ることを目的とする。
【００１２】
また、衛星が再び回帰してくるのを待つことなく、一度の観測で３次元地形を得ることのできる合成開口レーダ装置を得ることを目的とする。
【００１３】
あるいはまた、一度の観測で広い範囲の高分解能レーダ画像を得ることのできる合成開口レーダ装置を得ることを目的とする。
【００１４】
【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は、送信局と受信局を、地上、航空機あるいは衛星などの移動プラットフォームに分離して設けて構成するマルチスタティック方式の合成開口レーダ装置において、観測領域へ高周波パルスを送信する第１の送信アンテナと受信局へそのリファレンス信号を送信する第２の送信アンテナを有し、少なくとも２つの送信局のそれぞれの第１の送信アンテナが所定のベースライン長の隔たりで配置されるように地上に設置された複数の送信局と、観測領域から反射された上記複数の送信局からの高周波パルスを同時に受信する第１の受信アンテナと上記複数の送信局からのリファレンス信号を同時に受信する第２の受信アンテナと、上記第１の受信アンテナと第２の受信アンテナからの一連のパルス列を送信局ごとに分離するパルス弁別手段と、第２の受信アンテナで受信したそれぞれの送信局からのリファレンス信号に同期して第１の受信アンテナで受信した受信信号を復調する復調器とを少なくとも有し、移動プラットフォームに設置された受信局とを備え、上記復調器の出力に基づいて画像処理部で高分解能レーダ画像を求め、得られた少なくとも２枚の合成開口レーダ画像の位相差から干渉処理部で地形の高さを求めるインターフェロメトリ処理により、１回の観測で３次元地形図を得ることを特徴とするものである。
【００１６】
また、この発明の請求項２に係る合成開口レーダ装置は、送信局と受信局を、地上、航空機あるいは衛星などの移動プラットフォームに分離して設けて構成するマルチスタティック方式の合成開口レーダ装置において、観測領域へ高周波パルスを送信する第１の送信アンテナと受信局へそのリファレンス信号を送信する第２の送信アンテナを有し、少なくとも２つの送信局のそれぞれの第１の送信アンテナが所定のベースライン長の隔たりで配置されるように地上に設置された複数の送信局と、上記複数の送信局からの観測領域への高周波パルスの送信のタイミングを観測領域からの反射が互いに干渉しないように制御する送信同期手段と、観測領域から反射された上記複数の送信局からの高周波パルスを受信する第１の受信アンテナと上記複数の送信局からのリファレンス信号を受信する第２の受信アンテナと、第２の受信アンテナで受信したそれぞれの送信局からのリファレンス信号に同期して第１の受信アンテナで受信した受信信号を復調する復調器とを少なくとも有し、移動プラットフォームに設置された受信局とを備え、上記復調器の出力に基づいて画像処理部で高分解能レーダ画像を求め、得られた少なくとも２枚の合成開口レーダ画像の位相差から干渉処理部で地形の高さを求めるインターフェロメトリ処理により、１回の観測で３次元地形図を得ることを特徴とするものである。
【００１７】
また、この発明の請求項３に係る合成開口レーダ装置は、請求項１又は２記載の合成開口レーダ装置において、観測領域に対する送信局と受信局の幾何学的な位置関係に基づいて、所定のレンジ分解能を得られる送信帯域幅を算出し、送信局の送信帯域幅を設定する帯域幅算出手段を備えたことを特徴とするものである。
【００１８】
また、この発明の請求項４に係る合成開口レーダ装置は、請求項１から３のいずれかに記載の合成開口レーダ装置において、送信局と受信局と観測領域の幾何学的な位置関係の変化に応じて、観測領域を見通せる送信局を選出し、選出した送信局の観測領域への入射電力を算出して上記入射電力が大きな送信局を優先的に選択して送信するよう送信局を切り替える送信局選択手段を備えたことを特徴とするものである。
【００１９】
また、この発明の請求項５に係る合成開口レーダ装置は、請求項１記載の合成開口レーダ装置において、送信局と受信局と観測領域の幾何学的な位置関係が適当な２つの送信局について、その一方の送信局の第１の送信アンテナに代えて複数の第１の送信アンテナと上記複数の第１の送信アンテナから１つを選択して使用するように切り替える送信アンテナ選択手段とを備え、観測領域から見た場合の上記２つの送信局の第１の送信アンテナの鉛直方向の見込み角が大きくなるように上記一方の送信局の複数の第１の送信アンテナから１つを選択して使用することを特徴とするものである。
【００２０】
また、この発明の請求項６に係る合成開口レーダ装置は、請求項１記載の合成開口レーダ装置において、送信局と受信局と観測領域の幾何学的な位置関係が適当な１つの送信局について、その送信局の第１の送信アンテナに代えて複数の第１の送信アンテナと上記複数の第１の送信アンテナから１つを選択して使用するように切り替える第１の送信アンテナ選択手段と上記複数の第１の送信アンテナの他に設けた第１の送信アンテナとこの第１の送信アンテナと上記複数の第１の送信アンテナとを切り替える第２の送信アンテナ選択手段とを備え、観測領域から見た場合の上記複数の第１の送信アンテナの他に設けた第１の送信アンテナと上記複数の第１の送信アンテナの１つの第１の送信アンテナの鉛直方向の見込み角が大きくなるように上記複数の第１の送信アンテナから１つを選択して使用することを特徴とするものである。
また、この発明の請求項７に係る合成開口レーダ装置は、送信局と受信局を、地上、航空機あるいは衛星などの移動プラットフォームに分離して設けて構成するマルチスタティック方式の合成開口レーダ装置であって、観測領域へ高周波パルスを送信する第１の送信アンテナと受信局へそのリファレンス信号を送信する第２の送信アンテナを有し、地上に設置された送信局と、観測領域から反射された上記送信局からの高周波パルスを受信する第１の受信アンテナと上記送信局からのリファレンス信号を受信する第２の受信アンテナと、第２の受信アンテナで受信した送信局からのリファレンス信号に同期して第１の受信アンテナで受信した受信信号を復調する復調器とを少なくとも有し、少なくとも２つの受信局のそれぞれの第１の受信アンテナが所定のベースライン長の隔たりで配置されるようにそれぞれ異なる移動プラットフォームに設置された複数の受信局とを備え、上記復調器の出力に基づいて画像処理部で高分解能レーダ画像を求め、少なくとも２つの受信局で得られた２枚の合成開口レーダ画像の位相差から干渉処理部で地形の高さを求めるインターフェロメトリ処理により、１回の観測で３次元地形図を得る合成開口レーダ装置において、送信局と受信局と観測領域の幾何学的な位置関係が適当な１つの送信局について、その送信局の第１の送信アンテナに代えて複数の第１の送信アンテナと上記複数の第１の送信アンテナから１つを選択して使用するように切り替える第１の送信アンテナ選択手段と上記複数の第１の送信アンテナの他に設けた第１の送信アンテナとこの第１の送信アンテナと上記複数の第１の送信アンテナとを切り替える第２の送信アンテナ選択手段とを備え、観測領域から見た場合の上記複数の第１の送信アンテナの他に設けた第１の送信アンテナと上記複数の第１の送信アンテナの１つの第１の送信アンテナの鉛直方向の見込み角が大きくなるように上記複数の第１の送信アンテナから１つを選択して使用することを特徴とするものである。
【００２１】
また、この発明の請求項８に係る合成開口レーダ装置は、送信局と受信局を、地上、航空機あるいは衛星などの移動プラットフォームに分離して設けて構成するマルチスタティック方式の合成開口レーダ装置において、観測領域へ高周波パルスを送信する第１の送信アンテナと受信局へそのリファレンス信号を送信する第２の送信アンテナを有し、複数の観測領域のそれぞれへ高周波パルスを送信する複数の対をなす送信局と、上記それぞれの観測領域から反射された上記複数の対をなす送信局からの高周波パルスを同時に受信する複数の素子アンテナからなるディジタルビームフォーミングアンテナ（ＤＢＦアンテナと称す）と上記複数の対をなす送信局からのリファレンス信号を同時に受信する第２の受信アンテナと、上記ＤＢＦアンテナの出力が入力され、ビームステアリング操作で受信ビームを形成するビーム形成手段と、上記ＤＢＦアンテナと第２の受信アンテナからの一連のパルス列を送信局ごとに分離するパルス弁別手段と、第２の受信アンテナで受信したそれぞれの送信局からのリファレンス信号に同期してＤＢＦアンテナで受信した受信信号を復調する復調器とを少なくとも有する受信局を備え、上記複数の異なる観測領域を同時観測し、上記復調器の出力に基づいて画像処理部で高分解能レーダ画像を求め、得られた少なくとも２枚の合成開口レーダ画像の位相差から干渉処理部で地形の高さを求めるインターフェロメトリ処理により、１回の観測で３次元地形図を得ることを特徴とするものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１の合成開口レーダ装置による観測ジオメトリを図１について説明する。図１において、１２は送信アンテナ、１３は受信アンテナ、１４はリファレンス信号の送信アンテナ、１５はリファレンス信号の受信アンテナ、１６は送信局、１７は受信局である。この実施の形態では、２つの送信局は地上にベースライン長Ｂの間隔をあけて固定されており、受信局１７は航空機などの移動プラットフォームに搭載されているものとする。
【００２３】
この送信局１６の構成を図２に、受信局１７の構成を図３にそれぞれ示す。図２において、１２は送信アンテナ、１４はリファレンス信号の送信アンテナ、１６は送信局、１８は送信部である。図３において、１３は受信アンテナ、１５はリファレンス信号の受信アンテナ、１７は受信局である。また、１９は受信部、２０はパルス弁別手段、２１は復調器である。なお、６と７は図１７のものと同一または同等の手段である。
【００２４】
次に動作について説明する。送信部１８で発生した高周波パルスは、送信アンテナ１２から観測領域１１へ照射される。また、送信信号の一部はリファレンス信号として送信アンテナ１４から受信局１７へ放射される。観測領域１１で反射した信号は受信アンテナ１３で受信され、受信部１９で増幅される。パルス弁別手段２０は、受信信号が、送信局１６ａから送信されたものであるのか、送信局１６ｂで送信されたものであるのか弁別する。そのためには、各パルスに識別用の符号を付加してもよいし、異なる変調をかけておいても良いし、あるいは、あらかじめ送信時刻を決めておいても良い。
【００２５】
それぞれの送信局１６ａ、１６ｂの送信アンテナ１４ａ、１４ｂから送信されたリファレンス信号は受信アンテナ１５で受信されて、受信アンテナ１３での受信信号と同様にパルス弁別手段２０で弁別される。復調器２１は、それぞれの送信局１６ａ、１６ｂからの受信信号とリファレンス信号を組み合わせて復調、検波する。このように送信局１６と受信局１７が分離されたレーダ装置はマルチスタティック方式と呼ばれている。この実施の形態の復調器２１も、これら公知の技術を利用して実現される。
【００２６】
さらに、画像処理部６が、検波された受信信号から高分解能レーダ画像を再生し、干渉処理部７が２枚の高分解能レーダ画像の位相差から３次元地形を算出する。その動作は従来例における画像処理部６、干渉処理部７と同様である。
【００２７】
このように本実施の形態の構成によれば、異なる位置に配置された複数の送信局１６が高周波パルス信号を送信し、移動プラットフォームに搭載された受信局１７が地上で反射した信号を受信して、パルス弁別手段２０がそれぞれの送信局からの受信信号あるいはリファレンス信号を弁別するので、送信局と受信局の幾何学的位置関係の異なる条件で観測された高分解能レーダ画像を同時に得ることができて、１回の観測で３次元地形図を得ることができる。
また、送信局を地上や大型航空機に設置した場合には、大きな送信電力を実現することができるので、Ｓ／Ｎ（Signal to Noise ratio） の良い高分解能レーダ画像を得ることができる。
【００２８】
なお、画像処理部６と干渉処理部７は必ずしも移動プラットフォーム上に搭載する必要はなく、地上などに分離して設置してもかまわず、受信局を軽量化できる。
また、送信局と受信局が地上、航空機あるいは衛星などの移動プラットフォームに分離して設けられていれば良く、受信局の代わりに送信局が移動プラットフォームに搭載されていてもかまわない。
【００２９】
実施の形態２．
以下、この発明の実施の形態２の合成開口レーダ装置の観測ジオメトリを図４について説明する。図４において、１２〜１７は図１のものと同一または同等のものである。この実施の形態では、送信局１６は地上に固定されており、複数の受信局１７は航空機などの異なる移動プラットフォームにそれぞれ搭載されているものとする。
【００３０】
この送信局１６の構成を図５に、受信局１７の構成を図６にそれぞれ示す。これらの図において６〜２１は図２、３のものと同一または同等のものである。
【００３１】
次に動作について説明する。この実施の形態の装置の動作は実施の形態１で説明した装置の動作とほぼ同じであり、送信局１６と受信局１７の動作は図２および図３に示した送信局と受信局の動作と概ね同様である。但し、この実施の形態では送信局が１局だけなので、受信局でパルスを弁別する必要がなく、このため実施の形態１に比べて受信局の構成を簡単にできる。
【００３２】
このようにこの実施の形態の構成によれば、送信局１６が高周波パルス信号を送信し、複数の移動プラットフォームにそれぞれ搭載された受信局１７が観測領域で反射した信号を受信するので、１回の観測で送信局１６と受信局１７の幾何学的位置関係の異なる条件で観測された高分解能レーダ画像を同時に得ることができて、３次元地形図を得ることができる。
なお、ここでは通常、干渉処理部７は移動プラットフォーム上に搭載せず、地上などに分離して設置し、複数の受信局１７から信号を受けて処理を行なう。
【００３３】
実施の形態３．
以下、この発明の実施の形態３の合成開口レーダ装置を図７について説明する。図７はこの装置の送信局１６の構成を説明する図で、図において、１１〜１８は図２のものと同一または同等のものである。２２は複数の送信局間の送信のタイミングを制御する送信同期手段である。また、この装置の観測ジオメトリと受信局は実施の形態１で示した図１、図３と同様である。
【００３４】
次に動作について説明する。図７において送信部１８と送信アンテナ１２、リファレンス信号の送信アンテナ１４の動作は実施の形態１の装置と同様である。送信同期手段２２は、複数の送信局が同時に送信することがないように、あるいは、複数の送信局からの信号が同時に受信局に到達しないように、それぞれの送信局が送信する時間を制御する。例えば、複数の送信局に、あらかじめ決められた時間間隔で、順番に送信許可を与える。
【００３５】
このように本実施の形態の構成によれば、信号が混信して無駄になることなくすべて有効に利用することができる。あるいは、送信パルスに識別用の符号を付加したり、識別用の変調をかけることなく実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００３６】
実施の形態４．
以下、この発明の実施の形態４の合成開口レーダ装置を図８について説明する。図８はこの装置の送信局の構成を説明する図で、図において、１１〜１８は図２のものと同一または同等のものである。２３は帯域幅算出手段である。また、この装置の観測ジオメトリを図９に示す。なお、この装置の受信局は実施の形態１の装置と同様である。
【００３７】
次に動作について説明する。図８において、送信部１８と送信アンテナ１２、リファレンス信号の送信アンテナ１４の動作は実施の形態１の装置と同様である。帯域幅算出手段２３は、画像のレンジ分解能が要求値と一致するように、それぞれの送信局１６ａ、１６ｂの送信帯域幅を算出して制御する。
【００３８】
送信局と受信局が同じ位置にある、いわゆるモノスタティックレーダの場合、送信帯域幅Ｂとレンジ分解能Δｒの間には次の関係があることはよく知られている。但し、Ｃは電波伝播速度である。また、θは観測領域において地表の垂線と電波の入射角度とがなす角度で、電波入射角と呼ばれる。
【００３９】
【数２】
【００４０】
一方、この実施の形態のように、送信局１６と受信局１７が異なる位置にある、いわゆるマルチスタティック方式の場合、送信帯域幅Ｂとレンジ分解能Δｒの間には次の関係が成立する。但し、θ1 、θ2 は、それぞれ送信局側と受信局側の電波入射角で、図９に示す角度である。
【００４１】
【数３】
【００４２】
すなわち、マルチスタティックレーダでレンジ分解能を所期の値にするためには、送信局と受信局と観測領域の位置関係に応じて送信帯域幅を変える必要がある。
【００４３】
従って、この実施の形態の構成によれば、帯域幅算出手段２３を備え、送信局と受信局と観測領域の位置関係に応じて送信帯域幅を変えるので、送信局と受信局と観測領域の位置関係に依らず所望のレンジ分解能の高分解能レーダ画像を得ることができる。
【００４４】
実施の形態５．
以下、この発明の実施の形態５の合成開口レーダ装置を図１０について説明する。図１０はこの装置の送信局の構成を説明する図で、図において、１１〜１８は図２のものと同一または同等のものである。２４は送信局選択手段である。また、この装置の観測ジオメトリと受信局は実施の形態１の装置と同様である。
【００４５】
次に動作について説明する。図１０において送信部１８と送信アンテナ１２、リファレンス信号の送信アンテナ１４の動作は実施の形態１の装置と同様である。送信局選択手段２４は、複数の送信局と受信局と観測領域の幾何学的な位置関係を考慮して、送信を行う送信局を選択する。送信局の選択手順は例えば次のように表わされる。
【００４６】
（ＳＴ０１）
観測領域を見通せる送信局を選抜する。
【００４７】
（ＳＴ０２）
次式に従ってそれぞれの送信局毎に観測領域の単位面積あたりの入射電力を計算して、これが大きな送信局を優先的に選択する。但し、Ｐt は送信電力、Ｇt は送信アンテナの利得、Ｒは送信局と観測領域の距離、θ1 は観測領域における電波入射角である。これらの観測ジオメトリを図１１に示す。
【００４８】
【数４】
【００４９】
このようにこの実施の形態の構成によれば、観測領域への単位面積当たりの入射電力が大きな送信局を優先的に選択することができるので、Ｓ／Ｎの優れた高分解能レーダ画像を得ることができる。
【００５０】
実施の形態６．
以下、この発明の実施の形態６の合成開口レーダ装置を図１２について説明する。この実施の形態６では、予め既知の複数の送信局と受信局と観測領域の位置関係から、送信局と受信局と観測領域の幾何学的な位置関係が適当な２つの送信局を選定しておき、その一方の送信局を図１２に示すような構成のものにするものである。図１２はこの装置の送信局の構成を説明する図で、図において、１１〜１８は図２のものと同一または同等のものである。２５は送信アンテナ選択手段である。また、この装置の観測ジオメトリを図１３に示す。なお、この装置の受信局の構成は実施の形態１の装置と同様である。
【００５１】
次に動作について説明する。図１２において送信部１８と送信アンテナ１２、リファレンス信号の送信アンテナ１４の動作は実施の形態１の装置と同様である。送信アンテナ選択手段２５は、複数の送信アンテナと受信局と観測領域の幾何学的な位置関係を考慮して、電波を放射する送信アンテナを選択する。
【００５２】
これは、インターフェロメトリ処理を行う場合には、いわゆる光学のステレオ視の場合と同様に、分離したい方向（この場合は鉛直方向）の見込み角が大きな位置から観測した結果を組み合わせる場合に最も感度を高くすることができるためである。
【００５３】
従って、送信アンテナ選択手段２５による送信アンテナの選択は例えば次のように行う。
観測領域から見て、一方の送信局１６ａの複数の送信アンテナ１２ｃ〜１２ｅから、選定した２つの送信局１６ａ、１６ｂの送信アンテナの方位方向の見込み角が小さくて、かつ鉛直方向の見込み角が大きくなる送信アンテナを選択する。例えば、（鉛直方向の見込み角−方位方向の見込み角）が最大になる送信アンテナを選択する。
【００５４】
このようにこの実施の形態の構成によれば、観測領域からの鉛直方向の見込み角の大きな送信アンテナの組み合わせを優先的に選択することができるので、高さの精度の優れた３次元地形図を得ることができる。
【００５５】
実施の形態７．
以下、この発明の実施の形態７の合成開口レーダ装置を図１４について説明する。図１４はこの装置の送信局の構成を説明する図で、図において、１１〜１８と２５は図１２のものと同一または同等のものである。また、この装置の観測ジオメトリは実施の形態６の図１３と同様であり、受信局の構成は図３と同様である。
【００５６】
次に動作について説明する。この実施の形態７の装置は、１つの送信局のみで実施の形態６と同様の効果を得るものである。図１４において、送信部１８と送信アンテナ１２、リファレンス信号の送信アンテナ１４、送信アンテナ選択手段２５ａの動作は実施の形態６の装置と同様である。送信アンテナ選択手段２５ｂは送信アンテナ１２ｂと送信アンテナ群１２ｃ〜１２ｅがあたかも異なる送信局であるかのように、切り替え動作する。
【００５７】
このようにこの実施の形態の構成によれば、１つの送信局で送信アンテナ選択手段２５ｂの切り替え動作により、インターフェロメトリ処理に必要な２枚の画像を得ることができ、しかも送信アンテナ選択手段２５ａで観測領域からの鉛直方向の見込み角の大きな送信アンテナの組み合わせを優先的に選択することができるので、１つの送信局で高さの精度の優れた３次元地形図を得ることができる。
【００５８】
実施の形態８．
以下、この発明の実施の形態８の合成開口レーダ装置を図１５について説明する。この実施の形態８は複数の異なる観測領域を同時観測し、１回の観測で複数の観測領域の３次元地形図を得るものである。図１５はこの装置の受信局の構成を説明する図で、図において
、１１と１５〜２１は図３のものと同一または同等のものである。１３は複数の素子アンテナからなるＤＢＦアンテナである受信アンテナ、２６はビーム形成手段である。また、この装置の観測ジオメトリを図１６に示す。図において、１１〜１７は実施の形態１と同一または同等のものである。なお、それぞれの送信局の構成は実施の形態２の装置と同様である。
【００５９】
次に動作について説明する。受信アンテナ１３はＤＢＦアンテナであり、それぞれの素子アンテナの出力は受信部１９にて増幅された後、ビーム形成手段２６に入力される。ビーム形成手段２６はよく知られた次式のビームステアリング操作によって、受信ビームを所望の方向へ形成する。但し、Ｓ′は角度ηのビーム出力、ｉはＤＢＦアンテナの素子アンテナ番号、Ｓi は第ｉ素子アンテナの出力信号、ｄは素子間隔、λは波長である。なお、ここでは１次元のビーム形成を例示したが、この式は２次元の場合にも容易に拡張することができる。
【００６０】
【数５】
【００６１】
ビームステアリング操作は複数の方向について並列に演算することが可能であり、従ってＤＢＦアンテナで得られた受信信号から複数の受信ビームを同時に形成することができる。それぞれのビームの受信信号はパルス弁別手段２０へ入力されて、以下、実施の形態１での図３の説明同様に動作する。
【００６２】
すなわち図１６に示すように、複数の観測領域から反射してくる信号を１つの受信局で同時に受信して処理することができる。
【００６３】
このように実施の形態８の構成によれば、１回の同時観測で１つの受信局により複数の観測領域の高分解能レーダ画像、および３次元地形図を同時に得ることができる。
【００６４】
【発明の効果】
この発明は、以上説明したように構成されているので、以下に記載されるような効果を奏する。
【００６５】
この発明によれば、送信局と受信局を、地上、航空機あるいは衛星などの移動プラットフォームに分離して設けて構成するマルチスタティック方式の合成開口レーダ装置において、１つの受信局を備えることで１回の観測で３次元地形図を得られる合成開口レーダ装置を実現できる効果がある。
【００６６】
また、送信局と受信局を、地上、航空機あるいは衛星などの移動プラットフォームに分離して設けて構成するマルチスタティック方式の合成開口レーダ装置において、１つの送信局を用いた構成としたので、受信局にパルス弁別手段が不要となり、簡単な構成の受信局で１回の観測で３次元地形図を得られる合成開口レーダ装置を実現できる効果がある。
【００６７】
あるいは、１回の観測で３次元の地形図を得ることができる合成開口レーダ装置を実現することができる。
【００６８】
また、送信局と受信局と観測領域の位置関係によらず１回の観測で所望のレンジ分解能の高分解能レーダ画像を得ることができる効果がある。
【００６９】
また、１回の観測でＳ／Ｎの優れた高分解能レーダ画像を得ることができる効果がある。
【００７０】
また、１回の観測で高さの精度の優れた３次元地形図を得られる効果がある。
【００７１】
また、１つの送信局により高さの精度の優れた３次元地形図を得られる効果がある。
【００７２】
さらに、複数の異なる観測領域を同時観測し、１回の観測で１つの受信局により複数の観測領域の３次元地形図を同時に得ることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１の合成開口レーダ装置の観測ジオメトリの説明図である。
【図２】 この発明の実施の形態１の合成開口レーダ装置の送信局の構成図である。
【図３】 この発明の実施の形態１の合成開口レーダ装置の受信局の構成図である。
【図４】 この発明の実施の形態２の合成開口レーダ装置の観測ジオメトリの説明図である。
【図５】 この発明の実施の形態２の合成開口レーダ装置の送信局の構成図である。
【図６】 この発明の実施の形態２の合成開口レーダ装置の受信局の構成図である。
【図７】 この発明の実施の形態３の合成開口レーダ装置の送信局の構成図である。
【図８】 この発明の実施の形態４の合成開口レーダ装置の送信局の構成図である。
【図９】 この発明の実施の形態４の合成開口レーダ装置の観測ジオメトリの説明図である。
【図１０】 この発明の実施の形態５の合成開口レーダ装置の送信局の構成図である。
【図１１】 この発明の実施の形態５の合成開口レーダ装置の観測ジオメトリの説明図である。
【図１２】 この発明の実施の形態６の合成開口レーダ装置の送信局の構成図である。
【図１３】 この発明の実施の形態６の合成開口レーダ装置の観測ジオメトリの説明図である。
【図１４】 この発明の実施の形態７の合成開口レーダ装置の送信局の構成図である。
【図１５】 この発明の実施の形態８の合成開口レーダ装置の受信局の構成図である。
【図１６】 この発明の実施の形態８の合成開口レーダ装置の観測ジオメトリの説明図である。
【図１７】 従来の合成開口レーダ装置の構成図である。
【図１８】 従来の合成開口レーダ装置の観測ジオメトリの説明図である。
【符号の説明】
１、２ 送受信アンテナ、３ 送受信アンテナ群、４ 、５ 送受信部、
６ 画像処理部、７ 干渉処理部、８ 地形変動解析処理部、
９ 標高差検出部、１０ データベース、１１ 観測領域、
１２ 送信アンテナ、１３ 受信アンテナ、１４ リファレンス信号の送信アンテナ、１５ リファレンス信号の受信アンテナ、１６ 送信局、１７ 受信局、１８ 送信部、１９ 受信部、２０ パルス弁別手段、２１ 復調器、２２ 送信同期手段、２３ 帯域幅算出手段、２４ 送信局選択手段、２５ 送信アンテナ選択手段、２６ ビーム形成手段。
【発明の属する技術分野】
この発明は航空機や衛星に搭載する合成開口レーダ装置に係り、地表等を観測して、その３次元地形を測定する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の合成開口レーダ装置としては、図１７に示すようなものがあった。図１７は特開平７−７２２４４号公報に掲載された構成図で、１、２は送受信アンテナ、４、５は送受信部、６は画像処理部、７は干渉処理部、８は地形変動解析処理部、１１は観測する地表などの観測領域である。
また、図１８はこの装置による観測のジオメトリを示したものである。
【０００３】
次に動作について説明する。送受信アンテナ１は送受信部４で発生した高周波パルス信号を観測領域１１へ向けて照射し、その反射波を受信する。また、送受信アンテナ２は送受信部５で発生した高周波パルス信号を観測領域１１へ向けて照射し、その反射波を受信する。二つのアンテナは図１８に示すように、地上の同じ領域を照射するようにビームの角度を調節されているものとする。
【０００４】
画像処理部６はそれぞれのアンテナで受信した信号から観測領域の高分解能レーダ画像を再生する。通常、この種のレーダでは、送信パルスは距離分解能を改善するためにリニアFM変調して帯域幅を拡張しており、周波数対遅延時間特性が送信側と対になる分散型遅延線を利用して分解能の高いパルス波形を復元する。また、プラットフォームの移動に伴い発生するドップラー周波数の時間変化を利用して、これと共役なリファレンス関数とのマッチドフィルタによりアジマス分解能を改善する。このように合成開口レーダの画像再生処理として良く知られた分解能向上の処理により高分解能レーダ画像が得られる。
【０００５】
干渉処理部７は画像処理部６で得られた２枚の複素ＳＡＲ画像の位相差を求める。さらに、送受信アンテナ１と２、および高低差のない理想的な地球ジオイド面における観測領域１１上の任意の点の位置関係から決まる位相変化を取り除くと、等高線に相当する等位相線を求めることができる。この操作は合成開口レーダのインターフェロメトリ処理として知られており、位相差φと地形の高さｈの間の次の関係式を利用して、等位相線から３次元地形を知る方法である。但し、Ｂは送受信アンテナ１と２の間隔、すなわちベースラインの長さ、λは波長、ｒはアンテナと観測領域の距離、θはオフナディア角、αはベースラインの水平面からの傾きである。
【０００６】
【数１】
さらに、地形変動解析処理部８は、過去に観測した３次元地形をデータベース１０に記憶し、標高差算出部９が新たに観測した３次元地形との差を求めるので、２回の観測の間の地形変動を求めることができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来の合成開口レーダ装置はこのように構成されているので、移動プラットフォーム上に２台の送受信アンテナを搭載する必要があって、構成が複雑になって重量も増加する問題があった。
【０００９】
また、式（１）からわかるように、地形の高さの精度はプラットフォームと観測領域の距離に反比例して、ベースライン長に比例する。したがって衛星のように遠い軌道から観測する場合には、搭載した２台のアンテナではベースライン長が不足して地形高さの要求精度を満足できない場合が多い。あるいは、ほとんどの衛星はアンテナを１台しか搭載していないので、１回の観測で１枚の画像しか得ることができない。
そこで従来は、衛星が地球を周回して、再び近接した軌道に回帰してくるのを待って、２枚目の画像を観測するRepeat Pass Interferometory の手法がとられている。しかし、この場合には２回の観測の間に数日から数十日の間隔が空くので、観測結果を得るまでの時間遅れが大きいという問題があった。あるいはまた、その間の地表面の変化によって２枚の画像の相関が低下して、高さの誤差が増大するという問題があった。
【００１０】
あるいはまた、限られた送信電力のもとで信号のＳ／Ｎ（Signal to Noise ratio ）を一定値以上に保つためにはアンテナ利得を稼ぐためにビーム幅を狭くせざるを得ず、このため、観測領域が狭い範囲に制限されるという問題があった。
【００１１】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、１台の受信アンテナで、インターフェロメトリ処理に必要な２枚の合成開口レーダ画像を同時に観測できる合成開口レーダ装置を得ることを目的とする。
【００１２】
また、衛星が再び回帰してくるのを待つことなく、一度の観測で３次元地形を得ることのできる合成開口レーダ装置を得ることを目的とする。
【００１３】
あるいはまた、一度の観測で広い範囲の高分解能レーダ画像を得ることのできる合成開口レーダ装置を得ることを目的とする。
【００１４】
【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は、送信局と受信局を、地上、航空機あるいは衛星などの移動プラットフォームに分離して設けて構成するマルチスタティック方式の合成開口レーダ装置において、観測領域へ高周波パルスを送信する第１の送信アンテナと受信局へそのリファレンス信号を送信する第２の送信アンテナを有し、少なくとも２つの送信局のそれぞれの第１の送信アンテナが所定のベースライン長の隔たりで配置されるように地上に設置された複数の送信局と、観測領域から反射された上記複数の送信局からの高周波パルスを同時に受信する第１の受信アンテナと上記複数の送信局からのリファレンス信号を同時に受信する第２の受信アンテナと、上記第１の受信アンテナと第２の受信アンテナからの一連のパルス列を送信局ごとに分離するパルス弁別手段と、第２の受信アンテナで受信したそれぞれの送信局からのリファレンス信号に同期して第１の受信アンテナで受信した受信信号を復調する復調器とを少なくとも有し、移動プラットフォームに設置された受信局とを備え、上記復調器の出力に基づいて画像処理部で高分解能レーダ画像を求め、得られた少なくとも２枚の合成開口レーダ画像の位相差から干渉処理部で地形の高さを求めるインターフェロメトリ処理により、１回の観測で３次元地形図を得ることを特徴とするものである。
【００１６】
また、この発明の請求項２に係る合成開口レーダ装置は、送信局と受信局を、地上、航空機あるいは衛星などの移動プラットフォームに分離して設けて構成するマルチスタティック方式の合成開口レーダ装置において、観測領域へ高周波パルスを送信する第１の送信アンテナと受信局へそのリファレンス信号を送信する第２の送信アンテナを有し、少なくとも２つの送信局のそれぞれの第１の送信アンテナが所定のベースライン長の隔たりで配置されるように地上に設置された複数の送信局と、上記複数の送信局からの観測領域への高周波パルスの送信のタイミングを観測領域からの反射が互いに干渉しないように制御する送信同期手段と、観測領域から反射された上記複数の送信局からの高周波パルスを受信する第１の受信アンテナと上記複数の送信局からのリファレンス信号を受信する第２の受信アンテナと、第２の受信アンテナで受信したそれぞれの送信局からのリファレンス信号に同期して第１の受信アンテナで受信した受信信号を復調する復調器とを少なくとも有し、移動プラットフォームに設置された受信局とを備え、上記復調器の出力に基づいて画像処理部で高分解能レーダ画像を求め、得られた少なくとも２枚の合成開口レーダ画像の位相差から干渉処理部で地形の高さを求めるインターフェロメトリ処理により、１回の観測で３次元地形図を得ることを特徴とするものである。
【００１７】
また、この発明の請求項３に係る合成開口レーダ装置は、請求項１又は２記載の合成開口レーダ装置において、観測領域に対する送信局と受信局の幾何学的な位置関係に基づいて、所定のレンジ分解能を得られる送信帯域幅を算出し、送信局の送信帯域幅を設定する帯域幅算出手段を備えたことを特徴とするものである。
【００１８】
また、この発明の請求項４に係る合成開口レーダ装置は、請求項１から３のいずれかに記載の合成開口レーダ装置において、送信局と受信局と観測領域の幾何学的な位置関係の変化に応じて、観測領域を見通せる送信局を選出し、選出した送信局の観測領域への入射電力を算出して上記入射電力が大きな送信局を優先的に選択して送信するよう送信局を切り替える送信局選択手段を備えたことを特徴とするものである。
【００１９】
また、この発明の請求項５に係る合成開口レーダ装置は、請求項１記載の合成開口レーダ装置において、送信局と受信局と観測領域の幾何学的な位置関係が適当な２つの送信局について、その一方の送信局の第１の送信アンテナに代えて複数の第１の送信アンテナと上記複数の第１の送信アンテナから１つを選択して使用するように切り替える送信アンテナ選択手段とを備え、観測領域から見た場合の上記２つの送信局の第１の送信アンテナの鉛直方向の見込み角が大きくなるように上記一方の送信局の複数の第１の送信アンテナから１つを選択して使用することを特徴とするものである。
【００２０】
また、この発明の請求項６に係る合成開口レーダ装置は、請求項１記載の合成開口レーダ装置において、送信局と受信局と観測領域の幾何学的な位置関係が適当な１つの送信局について、その送信局の第１の送信アンテナに代えて複数の第１の送信アンテナと上記複数の第１の送信アンテナから１つを選択して使用するように切り替える第１の送信アンテナ選択手段と上記複数の第１の送信アンテナの他に設けた第１の送信アンテナとこの第１の送信アンテナと上記複数の第１の送信アンテナとを切り替える第２の送信アンテナ選択手段とを備え、観測領域から見た場合の上記複数の第１の送信アンテナの他に設けた第１の送信アンテナと上記複数の第１の送信アンテナの１つの第１の送信アンテナの鉛直方向の見込み角が大きくなるように上記複数の第１の送信アンテナから１つを選択して使用することを特徴とするものである。
また、この発明の請求項７に係る合成開口レーダ装置は、送信局と受信局を、地上、航空機あるいは衛星などの移動プラットフォームに分離して設けて構成するマルチスタティック方式の合成開口レーダ装置であって、観測領域へ高周波パルスを送信する第１の送信アンテナと受信局へそのリファレンス信号を送信する第２の送信アンテナを有し、地上に設置された送信局と、観測領域から反射された上記送信局からの高周波パルスを受信する第１の受信アンテナと上記送信局からのリファレンス信号を受信する第２の受信アンテナと、第２の受信アンテナで受信した送信局からのリファレンス信号に同期して第１の受信アンテナで受信した受信信号を復調する復調器とを少なくとも有し、少なくとも２つの受信局のそれぞれの第１の受信アンテナが所定のベースライン長の隔たりで配置されるようにそれぞれ異なる移動プラットフォームに設置された複数の受信局とを備え、上記復調器の出力に基づいて画像処理部で高分解能レーダ画像を求め、少なくとも２つの受信局で得られた２枚の合成開口レーダ画像の位相差から干渉処理部で地形の高さを求めるインターフェロメトリ処理により、１回の観測で３次元地形図を得る合成開口レーダ装置において、送信局と受信局と観測領域の幾何学的な位置関係が適当な１つの送信局について、その送信局の第１の送信アンテナに代えて複数の第１の送信アンテナと上記複数の第１の送信アンテナから１つを選択して使用するように切り替える第１の送信アンテナ選択手段と上記複数の第１の送信アンテナの他に設けた第１の送信アンテナとこの第１の送信アンテナと上記複数の第１の送信アンテナとを切り替える第２の送信アンテナ選択手段とを備え、観測領域から見た場合の上記複数の第１の送信アンテナの他に設けた第１の送信アンテナと上記複数の第１の送信アンテナの１つの第１の送信アンテナの鉛直方向の見込み角が大きくなるように上記複数の第１の送信アンテナから１つを選択して使用することを特徴とするものである。
【００２１】
また、この発明の請求項８に係る合成開口レーダ装置は、送信局と受信局を、地上、航空機あるいは衛星などの移動プラットフォームに分離して設けて構成するマルチスタティック方式の合成開口レーダ装置において、観測領域へ高周波パルスを送信する第１の送信アンテナと受信局へそのリファレンス信号を送信する第２の送信アンテナを有し、複数の観測領域のそれぞれへ高周波パルスを送信する複数の対をなす送信局と、上記それぞれの観測領域から反射された上記複数の対をなす送信局からの高周波パルスを同時に受信する複数の素子アンテナからなるディジタルビームフォーミングアンテナ（ＤＢＦアンテナと称す）と上記複数の対をなす送信局からのリファレンス信号を同時に受信する第２の受信アンテナと、上記ＤＢＦアンテナの出力が入力され、ビームステアリング操作で受信ビームを形成するビーム形成手段と、上記ＤＢＦアンテナと第２の受信アンテナからの一連のパルス列を送信局ごとに分離するパルス弁別手段と、第２の受信アンテナで受信したそれぞれの送信局からのリファレンス信号に同期してＤＢＦアンテナで受信した受信信号を復調する復調器とを少なくとも有する受信局を備え、上記複数の異なる観測領域を同時観測し、上記復調器の出力に基づいて画像処理部で高分解能レーダ画像を求め、得られた少なくとも２枚の合成開口レーダ画像の位相差から干渉処理部で地形の高さを求めるインターフェロメトリ処理により、１回の観測で３次元地形図を得ることを特徴とするものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１の合成開口レーダ装置による観測ジオメトリを図１について説明する。図１において、１２は送信アンテナ、１３は受信アンテナ、１４はリファレンス信号の送信アンテナ、１５はリファレンス信号の受信アンテナ、１６は送信局、１７は受信局である。この実施の形態では、２つの送信局は地上にベースライン長Ｂの間隔をあけて固定されており、受信局１７は航空機などの移動プラットフォームに搭載されているものとする。
【００２３】
この送信局１６の構成を図２に、受信局１７の構成を図３にそれぞれ示す。図２において、１２は送信アンテナ、１４はリファレンス信号の送信アンテナ、１６は送信局、１８は送信部である。図３において、１３は受信アンテナ、１５はリファレンス信号の受信アンテナ、１７は受信局である。また、１９は受信部、２０はパルス弁別手段、２１は復調器である。なお、６と７は図１７のものと同一または同等の手段である。
【００２４】
次に動作について説明する。送信部１８で発生した高周波パルスは、送信アンテナ１２から観測領域１１へ照射される。また、送信信号の一部はリファレンス信号として送信アンテナ１４から受信局１７へ放射される。観測領域１１で反射した信号は受信アンテナ１３で受信され、受信部１９で増幅される。パルス弁別手段２０は、受信信号が、送信局１６ａから送信されたものであるのか、送信局１６ｂで送信されたものであるのか弁別する。そのためには、各パルスに識別用の符号を付加してもよいし、異なる変調をかけておいても良いし、あるいは、あらかじめ送信時刻を決めておいても良い。
【００２５】
それぞれの送信局１６ａ、１６ｂの送信アンテナ１４ａ、１４ｂから送信されたリファレンス信号は受信アンテナ１５で受信されて、受信アンテナ１３での受信信号と同様にパルス弁別手段２０で弁別される。復調器２１は、それぞれの送信局１６ａ、１６ｂからの受信信号とリファレンス信号を組み合わせて復調、検波する。このように送信局１６と受信局１７が分離されたレーダ装置はマルチスタティック方式と呼ばれている。この実施の形態の復調器２１も、これら公知の技術を利用して実現される。
【００２６】
さらに、画像処理部６が、検波された受信信号から高分解能レーダ画像を再生し、干渉処理部７が２枚の高分解能レーダ画像の位相差から３次元地形を算出する。その動作は従来例における画像処理部６、干渉処理部７と同様である。
【００２７】
このように本実施の形態の構成によれば、異なる位置に配置された複数の送信局１６が高周波パルス信号を送信し、移動プラットフォームに搭載された受信局１７が地上で反射した信号を受信して、パルス弁別手段２０がそれぞれの送信局からの受信信号あるいはリファレンス信号を弁別するので、送信局と受信局の幾何学的位置関係の異なる条件で観測された高分解能レーダ画像を同時に得ることができて、１回の観測で３次元地形図を得ることができる。
また、送信局を地上や大型航空機に設置した場合には、大きな送信電力を実現することができるので、Ｓ／Ｎ（Signal to Noise ratio） の良い高分解能レーダ画像を得ることができる。
【００２８】
なお、画像処理部６と干渉処理部７は必ずしも移動プラットフォーム上に搭載する必要はなく、地上などに分離して設置してもかまわず、受信局を軽量化できる。
また、送信局と受信局が地上、航空機あるいは衛星などの移動プラットフォームに分離して設けられていれば良く、受信局の代わりに送信局が移動プラットフォームに搭載されていてもかまわない。
【００２９】
実施の形態２．
以下、この発明の実施の形態２の合成開口レーダ装置の観測ジオメトリを図４について説明する。図４において、１２〜１７は図１のものと同一または同等のものである。この実施の形態では、送信局１６は地上に固定されており、複数の受信局１７は航空機などの異なる移動プラットフォームにそれぞれ搭載されているものとする。
【００３０】
この送信局１６の構成を図５に、受信局１７の構成を図６にそれぞれ示す。これらの図において６〜２１は図２、３のものと同一または同等のものである。
【００３１】
次に動作について説明する。この実施の形態の装置の動作は実施の形態１で説明した装置の動作とほぼ同じであり、送信局１６と受信局１７の動作は図２および図３に示した送信局と受信局の動作と概ね同様である。但し、この実施の形態では送信局が１局だけなので、受信局でパルスを弁別する必要がなく、このため実施の形態１に比べて受信局の構成を簡単にできる。
【００３２】
このようにこの実施の形態の構成によれば、送信局１６が高周波パルス信号を送信し、複数の移動プラットフォームにそれぞれ搭載された受信局１７が観測領域で反射した信号を受信するので、１回の観測で送信局１６と受信局１７の幾何学的位置関係の異なる条件で観測された高分解能レーダ画像を同時に得ることができて、３次元地形図を得ることができる。
なお、ここでは通常、干渉処理部７は移動プラットフォーム上に搭載せず、地上などに分離して設置し、複数の受信局１７から信号を受けて処理を行なう。
【００３３】
実施の形態３．
以下、この発明の実施の形態３の合成開口レーダ装置を図７について説明する。図７はこの装置の送信局１６の構成を説明する図で、図において、１１〜１８は図２のものと同一または同等のものである。２２は複数の送信局間の送信のタイミングを制御する送信同期手段である。また、この装置の観測ジオメトリと受信局は実施の形態１で示した図１、図３と同様である。
【００３４】
次に動作について説明する。図７において送信部１８と送信アンテナ１２、リファレンス信号の送信アンテナ１４の動作は実施の形態１の装置と同様である。送信同期手段２２は、複数の送信局が同時に送信することがないように、あるいは、複数の送信局からの信号が同時に受信局に到達しないように、それぞれの送信局が送信する時間を制御する。例えば、複数の送信局に、あらかじめ決められた時間間隔で、順番に送信許可を与える。
【００３５】
このように本実施の形態の構成によれば、信号が混信して無駄になることなくすべて有効に利用することができる。あるいは、送信パルスに識別用の符号を付加したり、識別用の変調をかけることなく実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００３６】
実施の形態４．
以下、この発明の実施の形態４の合成開口レーダ装置を図８について説明する。図８はこの装置の送信局の構成を説明する図で、図において、１１〜１８は図２のものと同一または同等のものである。２３は帯域幅算出手段である。また、この装置の観測ジオメトリを図９に示す。なお、この装置の受信局は実施の形態１の装置と同様である。
【００３７】
次に動作について説明する。図８において、送信部１８と送信アンテナ１２、リファレンス信号の送信アンテナ１４の動作は実施の形態１の装置と同様である。帯域幅算出手段２３は、画像のレンジ分解能が要求値と一致するように、それぞれの送信局１６ａ、１６ｂの送信帯域幅を算出して制御する。
【００３８】
送信局と受信局が同じ位置にある、いわゆるモノスタティックレーダの場合、送信帯域幅Ｂとレンジ分解能Δｒの間には次の関係があることはよく知られている。但し、Ｃは電波伝播速度である。また、θは観測領域において地表の垂線と電波の入射角度とがなす角度で、電波入射角と呼ばれる。
【００３９】
【数２】
一方、この実施の形態のように、送信局１６と受信局１７が異なる位置にある、いわゆるマルチスタティック方式の場合、送信帯域幅Ｂとレンジ分解能Δｒの間には次の関係が成立する。但し、θ1 、θ2 は、それぞれ送信局側と受信局側の電波入射角で、図９に示す角度である。
【００４１】
【数３】
すなわち、マルチスタティックレーダでレンジ分解能を所期の値にするためには、送信局と受信局と観測領域の位置関係に応じて送信帯域幅を変える必要がある。
【００４３】
従って、この実施の形態の構成によれば、帯域幅算出手段２３を備え、送信局と受信局と観測領域の位置関係に応じて送信帯域幅を変えるので、送信局と受信局と観測領域の位置関係に依らず所望のレンジ分解能の高分解能レーダ画像を得ることができる。
【００４４】
実施の形態５．
以下、この発明の実施の形態５の合成開口レーダ装置を図１０について説明する。図１０はこの装置の送信局の構成を説明する図で、図において、１１〜１８は図２のものと同一または同等のものである。２４は送信局選択手段である。また、この装置の観測ジオメトリと受信局は実施の形態１の装置と同様である。
【００４５】
次に動作について説明する。図１０において送信部１８と送信アンテナ１２、リファレンス信号の送信アンテナ１４の動作は実施の形態１の装置と同様である。送信局選択手段２４は、複数の送信局と受信局と観測領域の幾何学的な位置関係を考慮して、送信を行う送信局を選択する。送信局の選択手順は例えば次のように表わされる。
【００４６】
（ＳＴ０１）
観測領域を見通せる送信局を選抜する。
【００４７】
（ＳＴ０２）
次式に従ってそれぞれの送信局毎に観測領域の単位面積あたりの入射電力を計算して、これが大きな送信局を優先的に選択する。但し、Ｐt は送信電力、Ｇt は送信アンテナの利得、Ｒは送信局と観測領域の距離、θ1 は観測領域における電波入射角である。これらの観測ジオメトリを図１１に示す。
【００４８】
【数４】
このようにこの実施の形態の構成によれば、観測領域への単位面積当たりの入射電力が大きな送信局を優先的に選択することができるので、Ｓ／Ｎの優れた高分解能レーダ画像を得ることができる。
【００５０】
実施の形態６．
以下、この発明の実施の形態６の合成開口レーダ装置を図１２について説明する。この実施の形態６では、予め既知の複数の送信局と受信局と観測領域の位置関係から、送信局と受信局と観測領域の幾何学的な位置関係が適当な２つの送信局を選定しておき、その一方の送信局を図１２に示すような構成のものにするものである。図１２はこの装置の送信局の構成を説明する図で、図において、１１〜１８は図２のものと同一または同等のものである。２５は送信アンテナ選択手段である。また、この装置の観測ジオメトリを図１３に示す。なお、この装置の受信局の構成は実施の形態１の装置と同様である。
【００５１】
次に動作について説明する。図１２において送信部１８と送信アンテナ１２、リファレンス信号の送信アンテナ１４の動作は実施の形態１の装置と同様である。送信アンテナ選択手段２５は、複数の送信アンテナと受信局と観測領域の幾何学的な位置関係を考慮して、電波を放射する送信アンテナを選択する。
【００５２】
これは、インターフェロメトリ処理を行う場合には、いわゆる光学のステレオ視の場合と同様に、分離したい方向（この場合は鉛直方向）の見込み角が大きな位置から観測した結果を組み合わせる場合に最も感度を高くすることができるためである。
【００５３】
従って、送信アンテナ選択手段２５による送信アンテナの選択は例えば次のように行う。
観測領域から見て、一方の送信局１６ａの複数の送信アンテナ１２ｃ〜１２ｅから、選定した２つの送信局１６ａ、１６ｂの送信アンテナの方位方向の見込み角が小さくて、かつ鉛直方向の見込み角が大きくなる送信アンテナを選択する。例えば、（鉛直方向の見込み角−方位方向の見込み角）が最大になる送信アンテナを選択する。
【００５４】
このようにこの実施の形態の構成によれば、観測領域からの鉛直方向の見込み角の大きな送信アンテナの組み合わせを優先的に選択することができるので、高さの精度の優れた３次元地形図を得ることができる。
【００５５】
実施の形態７．
以下、この発明の実施の形態７の合成開口レーダ装置を図１４について説明する。図１４はこの装置の送信局の構成を説明する図で、図において、１１〜１８と２５は図１２のものと同一または同等のものである。また、この装置の観測ジオメトリは実施の形態６の図１３と同様であり、受信局の構成は図３と同様である。
【００５６】
次に動作について説明する。この実施の形態７の装置は、１つの送信局のみで実施の形態６と同様の効果を得るものである。図１４において、送信部１８と送信アンテナ１２、リファレンス信号の送信アンテナ１４、送信アンテナ選択手段２５ａの動作は実施の形態６の装置と同様である。送信アンテナ選択手段２５ｂは送信アンテナ１２ｂと送信アンテナ群１２ｃ〜１２ｅがあたかも異なる送信局であるかのように、切り替え動作する。
【００５７】
このようにこの実施の形態の構成によれば、１つの送信局で送信アンテナ選択手段２５ｂの切り替え動作により、インターフェロメトリ処理に必要な２枚の画像を得ることができ、しかも送信アンテナ選択手段２５ａで観測領域からの鉛直方向の見込み角の大きな送信アンテナの組み合わせを優先的に選択することができるので、１つの送信局で高さの精度の優れた３次元地形図を得ることができる。
【００５８】
実施の形態８．
以下、この発明の実施の形態８の合成開口レーダ装置を図１５について説明する。この実施の形態８は複数の異なる観測領域を同時観測し、１回の観測で複数の観測領域の３次元地形図を得るものである。図１５はこの装置の受信局の構成を説明する図で、図において
、１１と１５〜２１は図３のものと同一または同等のものである。１３は複数の素子アンテナからなるＤＢＦアンテナである受信アンテナ、２６はビーム形成手段である。また、この装置の観測ジオメトリを図１６に示す。図において、１１〜１７は実施の形態１と同一または同等のものである。なお、それぞれの送信局の構成は実施の形態２の装置と同様である。
【００５９】
次に動作について説明する。受信アンテナ１３はＤＢＦアンテナであり、それぞれの素子アンテナの出力は受信部１９にて増幅された後、ビーム形成手段２６に入力される。ビーム形成手段２６はよく知られた次式のビームステアリング操作によって、受信ビームを所望の方向へ形成する。但し、Ｓ′は角度ηのビーム出力、ｉはＤＢＦアンテナの素子アンテナ番号、Ｓi は第ｉ素子アンテナの出力信号、ｄは素子間隔、λは波長である。なお、ここでは１次元のビーム形成を例示したが、この式は２次元の場合にも容易に拡張することができる。
【００６０】
【数５】
ビームステアリング操作は複数の方向について並列に演算することが可能であり、従ってＤＢＦアンテナで得られた受信信号から複数の受信ビームを同時に形成することができる。それぞれのビームの受信信号はパルス弁別手段２０へ入力されて、以下、実施の形態１での図３の説明同様に動作する。
【００６２】
すなわち図１６に示すように、複数の観測領域から反射してくる信号を１つの受信局で同時に受信して処理することができる。
【００６３】
このように実施の形態８の構成によれば、１回の同時観測で１つの受信局により複数の観測領域の高分解能レーダ画像、および３次元地形図を同時に得ることができる。
【００６４】
【発明の効果】
この発明は、以上説明したように構成されているので、以下に記載されるような効果を奏する。
【００６５】
この発明によれば、送信局と受信局を、地上、航空機あるいは衛星などの移動プラットフォームに分離して設けて構成するマルチスタティック方式の合成開口レーダ装置において、１つの受信局を備えることで１回の観測で３次元地形図を得られる合成開口レーダ装置を実現できる効果がある。
【００６６】
また、送信局と受信局を、地上、航空機あるいは衛星などの移動プラットフォームに分離して設けて構成するマルチスタティック方式の合成開口レーダ装置において、１つの送信局を用いた構成としたので、受信局にパルス弁別手段が不要となり、簡単な構成の受信局で１回の観測で３次元地形図を得られる合成開口レーダ装置を実現できる効果がある。
【００６７】
あるいは、１回の観測で３次元の地形図を得ることができる合成開口レーダ装置を実現することができる。
【００６８】
また、送信局と受信局と観測領域の位置関係によらず１回の観測で所望のレンジ分解能の高分解能レーダ画像を得ることができる効果がある。
【００６９】
また、１回の観測でＳ／Ｎの優れた高分解能レーダ画像を得ることができる効果がある。
【００７０】
また、１回の観測で高さの精度の優れた３次元地形図を得られる効果がある。
【００７１】
また、１つの送信局により高さの精度の優れた３次元地形図を得られる効果がある。
【００７２】
さらに、複数の異なる観測領域を同時観測し、１回の観測で１つの受信局により複数の観測領域の３次元地形図を同時に得ることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１の合成開口レーダ装置の観測ジオメトリの説明図である。
【図２】 この発明の実施の形態１の合成開口レーダ装置の送信局の構成図である。
【図３】 この発明の実施の形態１の合成開口レーダ装置の受信局の構成図である。
【図４】 この発明の実施の形態２の合成開口レーダ装置の観測ジオメトリの説明図である。
【図５】 この発明の実施の形態２の合成開口レーダ装置の送信局の構成図である。
【図６】 この発明の実施の形態２の合成開口レーダ装置の受信局の構成図である。
【図７】 この発明の実施の形態３の合成開口レーダ装置の送信局の構成図である。
【図８】 この発明の実施の形態４の合成開口レーダ装置の送信局の構成図である。
【図９】 この発明の実施の形態４の合成開口レーダ装置の観測ジオメトリの説明図である。
【図１０】 この発明の実施の形態５の合成開口レーダ装置の送信局の構成図である。
【図１１】 この発明の実施の形態５の合成開口レーダ装置の観測ジオメトリの説明図である。
【図１２】 この発明の実施の形態６の合成開口レーダ装置の送信局の構成図である。
【図１３】 この発明の実施の形態６の合成開口レーダ装置の観測ジオメトリの説明図である。
【図１４】 この発明の実施の形態７の合成開口レーダ装置の送信局の構成図である。
【図１５】 この発明の実施の形態８の合成開口レーダ装置の受信局の構成図である。
【図１６】 この発明の実施の形態８の合成開口レーダ装置の観測ジオメトリの説明図である。
【図１７】 従来の合成開口レーダ装置の構成図である。
【図１８】 従来の合成開口レーダ装置の観測ジオメトリの説明図である。
【符号の説明】
１、２ 送受信アンテナ、３ 送受信アンテナ群、４ 、５ 送受信部、
６ 画像処理部、７ 干渉処理部、８ 地形変動解析処理部、
９ 標高差検出部、１０ データベース、１１ 観測領域、
１２ 送信アンテナ、１３ 受信アンテナ、１４ リファレンス信号の送信アンテナ、１５ リファレンス信号の受信アンテナ、１６ 送信局、１７ 受信局、１８ 送信部、１９ 受信部、２０ パルス弁別手段、２１ 復調器、２２ 送信同期手段、２３ 帯域幅算出手段、２４ 送信局選択手段、２５ 送信アンテナ選択手段、２６ ビーム形成手段。
Claims (8)
- 送信局と受信局を、地上、航空機あるいは衛星などの移動プラットフォームに分離して設けて構成するマルチスタティック方式の合成開口レーダ装置において、観測領域へ高周波パルスを送信する第１の送信アンテナと受信局へそのリファレンス信号を送信する第２の送信アンテナを有し、少なくとも２つの送信局のそれぞれの第１の送信アンテナが所定のベースライン長の隔たりで配置されるように地上に設置された複数の送信局と、観測領域から反射された上記複数の送信局からの高周波パルスを同時に受信する第１の受信アンテナと上記複数の送信局からのリファレンス信号を同時に受信する第２の受信アンテナと、上記第１の受信アンテナと第２の受信アンテナからの一連のパルス列を送信局ごとに分離するパルス弁別手段と、第２の受信アンテナで受信したそれぞれの送信局からのリファレンス信号に同期して第１の受信アンテナで受信した受信信号を復調する復調器とを少なくとも有し、移動プラットフォームに設置された受信局とを備え、上記復調器の出力に基づいて画像処理部で高分解能レーダ画像を求め、得られた少なくとも２枚の合成開口レーダ画像の位相差から干渉処理部で地形の高さを求めるインターフェロメトリ処理により、１回の観測で３次元地形図を得ることを特徴とする合成開口レーダ装置。
- 送信局と受信局を、地上、航空機あるいは衛星などの移動プラットフォームに分離して設けて構成するマルチスタティック方式の合成開口レーダ装置において、観測領域へ高周波パルスを送信する第１の送信アンテナと受信局へそのリファレンス信号を送信する第２の送信アンテナを有し、少なくとも２つの送信局のそれぞれの第１の送信アンテナが所定のベースライン長の隔たりで配置されるように地上に設置された複数の送信局と、上記複数の送信局からの観測領域への高周波パルスの送信のタイミングを観測領域からの反射が互いに干渉しないように制御する送信同期手段と、観測領域から反射された上記複数の送信局からの高周波パルスを受信する第１の受信アンテナと上記複数の送信局からのリファレンス信号を受信する第２の受信アンテナと、第２の受信アンテナで受信したそれぞれの送信局からのリファレンス信号に同期して第１の受信アンテナで受信した受信信号を復調する復調器とを少なくとも有し、移動プラットフォームに設置された受信局とを備え、上記復調器の出力に基づいて画像処理部で高分解能レーダ画像を求め、得られた少なくとも２枚の合成開口レーダ画像の位相差から干渉処理部で地形の高さを求めるインターフェロメトリ処理により、１回の観測で３次元地形図を得ることを特徴とする合成開口レーダ装置。
- 請求項１又は２記載の合成開口レーダ装置において、観測領域に対する送信局と受信局の幾何学的な位置関係に基づいて、所定のレンジ分解能を得られる送信帯域幅を算出し、送信局の送信帯域幅を設定する帯域幅算出手段を備えたことを特徴とする合成開口レーダ装置。
- 請求項１から３のいずれかに記載の合成開口レーダ装置において、送信局と受信局と観測領域の幾何学的な位置関係の変化に応じて、観測領域を見通せる送信局を選出し、選出した送信局の観測領域への入射電力を算出して上記入射電力が大きな送信局を優先的に選択して送信するよう送信局を切り替える送信局選択手段を備えたことを特徴とする合成開口レーダ装置。
- 請求項１記載の合成開口レーダ装置において、送信局と受信局と観測領域の幾何学的な位置関係が適当な２つの送信局について、その一方の送信局の第１の送信アンテナに代えて複数の第１の送信アンテナと上記複数の第１の送信アンテナから１つを選択して使用するように切り替える送信アンテナ選択手段とを備え、観測領域から見た場合の上記２つの送信局の第１の送信アンテナの鉛直方向の見込み角が大きくなるように上記一方の送信局の複数の第１の送信アンテナから１つを選択して使用することを特徴とする合成開口レーダ装置。
- 請求項１記載の合成開口レーダ装置において、送信局と受信局と観測領域の幾何学的な位置関係が適当な１つの送信局について、その送信局の第１の送信アンテナに代えて複数の第１の送信アンテナと上記複数の第１の送信アンテナから１つを選択して使用するように切り替える第１の送信アンテナ選択手段と上記複数の第１の送信アンテナの他に設けた第１の送信アンテナとこの第１の送信アンテナと上記複数の第１の送信アンテナとを切り替える第２の送信アンテナ選択手段とを備え、観測領域から見た場合の上記複数の第１の送信アンテナの他に設けた第１の送信アンテナと上記複数の第１の送信アンテナの１つの第１の送信アンテナの鉛直方向の見込み角が大きくなるように上記複数の第１の送信アンテナから１つを選択して使用することを特徴とする合成開口レーダ装置。
- 送信局と受信局を、地上、航空機あるいは衛星などの移動プラットフォームに分離して設けて構成するマルチスタティック方式の合成開口レーダ装置であって、観測領域へ高周波パルスを送信する第１の送信アンテナと受信局へそのリファレンス信号を送信する第２の送信アンテナを有し、地上に設置された送信局と、観測領域から反射された上記送信局からの高周波パルスを受信する第１の受信アンテナと上記送信局からのリファレンス信号を受信する第２の受信アンテナと、第２の受信アンテナで受信した送信局からのリファレンス信号に同期して第１の受信アンテナで受信した受信信号を復調する復調器とを少なくとも有し、少なくとも２つの受信局のそれぞれの第１の受信アンテナが所定のベースライン長の隔たりで配置されるようにそれぞれ異なる移動プラットフォームに設置された複数の受信局とを備え、上記復調器の出力に基づいて画像処理部で高分解能レーダ画像を求め、少なくとも２つの受信局で得られた２枚の合成開口レーダ画像の位相差から干渉処理部で地形の高さを求めるインターフェロメトリ処理により、１回の観測で３次元地形図を得る合成開口レーダ装置において、送信局と受信局と観測領域の幾何学的な位置関係が適当な１つの送信局について、その送信局の第１の送信アンテナに代えて複数の第１の送信アンテナと上記複数の第１の送信アンテナから１つを選択して使用するように切り替える第１の送信アンテナ選択手段と上記複数の第１の送信アンテナの他に設けた第１の送信アンテナとこの第１の送信アンテナと上記複数の第１の送信アンテナとを切り替える第２の送信アンテナ選択手段とを備え、観測領域から見た場合の上記複数の第１の送信アンテナの他に設けた第１の送信アンテナと上記複数の第１の送信アンテナの１つの第１の送信アンテナの鉛直方向の見込み角が大きくなるように上記複数の第１の送信アンテナから１つを選択して使用することを特徴とする合成開口レーダ装置。
- 送信局と受信局を、地上、航空機あるいは衛星などの移動プラットフォームに分離して設けて構成するマルチスタティック方式の合成開口レーダ装置において、観測領域へ高周波パルスを送信する第１の送信アンテナと受信局へそのリファレンス信号を送信する第２の送信アンテナを有し、複数の観測領域のそれぞれへ高周波パルスを送信する複数の対をなす送信局と、上記それぞれの観測領域から反射された上記複数の対をなす送信局からの高周波パルスを同時に受信する複数の素子アンテナからなるディジタルビームフォーミングアンテナ（ＤＢＦアンテナと称す）と上記複数の対をなす送信局からのリファレンス信号を同時に受信する第２の受信アンテナと、上記ＤＢＦアンテナの出力が入力され、ビームステアリング操作で受信ビームを形成するビーム形成手段と、上記ＤＢＦアンテナと第２の受信アンテナからの一連のパルス列を送信局ごとに分離するパルス弁別手段と、第２の受信アンテナで受信したそれぞれの送信局からのリファレンス信号に同期してＤＢＦアンテナで受信した受信信号を復調する復調器とを少なくとも有する受信局を備え、上記複数の異なる観測領域を同時観測し、上記復調器の出力に基づいて画像処理部で高分解能レーダ画像を求め、得られた少なくとも２枚の合成開口レーダ画像の位相差から干渉処理部で地形の高さを求めるインターフェロメトリ処理により、１回の観測で３次元地形図を得ることを特徴とする合成開口レーダ装置。
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