JPH0646405B2 - 合成開口レ−ダ画像再生処理方法 - Google Patents

合成開口レ−ダ画像再生処理方法

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JPH0646405B2
JPH0646405B2 JP59186317A JP18631784A JPH0646405B2 JP H0646405 B2 JPH0646405 B2 JP H0646405B2 JP 59186317 A JP59186317 A JP 59186317A JP 18631784 A JP18631784 A JP 18631784A JP H0646405 B2 JPH0646405 B2 JP H0646405B2
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    • G01S13/00Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/89Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S13/90Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging using synthetic aperture techniques, e.g. synthetic aperture radar [SAR] techniques
    • G01S13/9004SAR image acquisition techniques
    • G01S13/9011SAR image acquisition techniques with frequency domain processing of the SAR signals in azimuth

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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は人工衛星あるいは航空機等に搭載される合成開
口レーダ(Synthetic aperture Radar,以下「SAR」
という)による撮像データから、人間が理解できる画像
を再生するためのデイジタル処理システムに係り、特に
高画質画像を高速に再生するのに好適な画像再生処理方
法に関する。
〔発明の背景〕
人工衛星あるいは航空機等を用いたリモートセンシング
の分野では、地表を撮像するためのセンサとして、雲を
透過するマイクロ波帯で高解像の画像が得られるSAR
が注目されている。
第1図にSARの全体システムを示した。レーダ・セン
サ1,アンテナ2を有するSARは、人工衛星等に搭載
されて飛行経路3上を矢印4方向に移動しつつ地表の撮
像を行う。SARからの撮像データは地上局5で受信さ
れ、データ・プロセツサ6により処理されて映像フイル
ム7の作成、データ記憶用磁気テーブル8の作成等が行
われる。なお、9は分解セルを、10はSARで採取さ
れるデータの地表上のレンジ方向を、11は同アジマス
方向を、12はアンテナ・ビームをそして13は刈り幅
をそれぞれ示している。
以下、SARで採取されたデータの処理の概要を述べ
る。なお、詳補については、例えば〔安藤“合成開口レ
ーダと間接計測技術”計測と制御,Vol.22,No.2〕
を参照されたい。
SARの受信画像中においては、原画像上の1点が点像
パターンh(x,y)の広がりをもつて分布しており、
このままでは利用できない。ここでxは前記レンジ方向
を、yは前記アジマス方向を示している。前記受信画像
中で広がつている情報は、まずレンジ方向に圧縮され、
次にアジマス方向に圧縮される。この様子を第2図に示
す。第2図のAは地表にマイクロ波反射点が2点だけ存
在したときの受信画像を模式的に示したものであるが、
2方向に圧縮処理を行えば、Bのようにもとの地表パタ
ーンを得ることができる。前記レンジ圧縮処理は画像デ
ータ1ラインごとの点像パターンデータとのコリレーシ
ヨン処理によつて行う。但し、コリレーシヨン処理をそ
のまま実行すると、莫大な処理時間がかかるため、高速
フーリエ変換(以下、「FFT」という),複素乗算,
高速逆フーリエ変換(以下、「IFFT」という。)を
用いて高速化が図られる。FFTを用いてコリレーシヨ
ン処理を行なうには、まず点像パターンを計算機による
デジタル処理で生成し、点像パターンと画像データ1ラ
インの両方のFFTを計算する。2個のデータのコリレ
ーシヨンはFFTを計算した後の周波数領域では単なる
乗算になることから、上記2個のデータのFFT計算結
果の積をとり、それをIFFTすることにより、1ライ
ン分のコリレーシヨン結果が得られる。
レジン圧縮処理における点像パターンは、 SARセンサシステムに固有なものであり、少なくとも
1シーンの中では全く変化しないとみなせるので、上記
処理における点像パターンの生成とそのFETは1シー
ンの処理で高々1回行なえばよく、その処理時間のSA
R再生処理時間全体に占める割合は無視できる程度に対
さい。
次いで行なわれるアジマス圧縮処理も同様にFFTを使
用した高速化がなされるが、アジマス圧縮処理における
点像パターンは、SARセンサと目標との距離や相対速
度に依存するため、1ラインごとに異なつたものとな
る。したがつて従来の方法ではアジマス圧縮処理におい
て、アジマス方向点像パターンの生成、FFTを毎ライ
ン繰り返さねばならずその演算量はSAR再生処理全体
の演算量の約20%にも達し、SAR再生処理全体の演
算量が増大する、といつた欠点があつた。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、上記の如き欠点を解消し、SAR再生
画像の画質を劣化させることなく、SAR再生処理の演
算量を減少させ、高画像のSAR画像を高速に再生する
処理方法を提供することにある。
〔発明の概要〕
以下では、アジマス方向圧縮処理に限定して説明する。
アジマス方向点像パターンは次の様に表わされる。
n=exp〔2πj(αn+βn)〕 …(1) ここでnは整数で、サンプル番号を表わす。α,βは再
生パラメータと呼ばれる量で、αをドツプラ変化率、β
をドツプラ中心周波数と呼ぶ。α,βは衛星と目標との
距離や相対速度に依存するため,ライン方向(レンジ方
向)にゆるやかに変化する。
したがつて、本発明では、α,βというパラメータがゆ
るやかに変化することから各ライン毎に式(1)に従つ
て点像パターンを生成、FFTするのではなく、数ライ
ンに1回に省略することにより、演算量を減少させる点
に特徴がある。
すなわち、本発明方法では、ゆるやかに変化するα,β
パラメータを階段状に近似することに相当する。第3図
は、この近似を説明するもので曲線31が正確なαまた
はβの値、段階状の折れ線32が近似した結果である。
ところが、このままだと、βの値が不連続的に変化する
場所で再生画像に不連続な位置ずれ、位相ずれが生じ、
再生画像の画質を劣化させる原因となる、以下、この現
像を説明する。
地表に電波を反射する点が1点だけ存在するとき、ある
ラインにおけるSARの観測データをgとすると、g
n=exp〔2πj(αn+βn)〕 …(2) となる。一般の場合は同様のパターンの線型重ね合わせ
になるが、ここでは簡単のため地表には1点しか存在し
ないものとして説明する。式(2)と式(1)の点像パ
ターンとのコリレーシヨンをとつて圧縮した結果を
とすると ただし である。
A(n)はn=0にピークをもつ関数で圧縮された点像
を示す。
次に再生パラメータβに誤差δβを含む場合、点像パタ
ーンは、 となる。式(5)の点線パターンで式(2)の観測デー
タg(n)を圧縮した結果を とすると 式(6)が示すように、圧縮された点像は、再生パラメ
ータβに含まれる誤差δβに比例した位置ずれを生じ
る。
この位置ずれを補正するため、本発明方法では周波数領
域で位相回転因子を乗算する。アジマス圧縮におけるI
FFTは と書ける。ここでFは点像パターンと観測データをF
FTにした結果を乗じたもの、Nはデータ点数である。
ここでFに位相回転因子 を乗じIFFTした結果を′とすれば となる。これはに位置ずれφを加えたものである。
したがつて、周波数領域で適当な位相回転因子を乗ずる
ことにより、(6)式の位置ずれを補正できる。その結
果を とすると (9)式から の位相ずれを生じていることが分かる。位置ずれ同様、
この位相ずれも再生画像画質劣化の要因となるので補正
する必要がある。ただしこの位相ずれはサンプル番号n
に依存しないライン毎の定数なので、(6)式の位置ず
れ補正の際に、同時に補正することが可能である。
したがつて周波数領域で なる位相回転因子を乗算することにより、点像パターン
生成を省略したことによる位置ずれ、位相ずれ共に補正
され、再生画像の画質劣化を防ぐ事ができる。また、位
相ずれの補正は位置ずれ補正とは別に、実時間領域にお
ける位相回転因子の乗算により補正することも可能であ
る。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の一実施例を第4図,第5図により説明す
る。
第4図はSAR画像再生処理の全体フローである。
観測データはまずレンジ圧縮処理41によりレンジ方向
に圧縮される。次にアジマス圧縮に先立ち衛星の軌道・
姿勢パラメータから再生パラメータを求める再生パラメ
ータ計算処理42を行ない、そこで求めた再生パラメー
タを用いてアジマス圧縮処理43を行ない、アジマス方
向に圧縮する。次に圧縮された結果の歪を補正する歪補
正リサンプリング44を行なう。このリサンプリング
は、再生画像の周波数帯域を考慮して複素数のデータに
対して行なう。その後、ノルム化処理45を施すことに
よりデータを実数化し、雑音低減処理であるマルチルツ
クが加算処理46を行なつた後、量子化処理47を行な
い最終画像を得る。
第5図は、第4図のフローで本発明に関わるアジマス圧
縮処理43の1ラインに対する処理を群細に示したもの
である。
まずレンジ圧縮後の観測データにFFT51を施し、周
波数領域に変換した後、衛星と目標の間の距離変化を補
正するレンジカーバチヤ補正52を行なう。処理53で
は、点像パターンの生成を必要とするか否かの判定を行
う。例えば、16ラインに1回だけ点像パターンを生成
するものとすれば、処理53では現在処理中のライン番
号を16で割つた剰余を計算し、その値で判定を行な
う。ここで点像パターン生成が必要と判定された場合は
点像パターン生成処理54、そのFFT55が実行さ
れ、それ以外の場合は以前に生成されたデータを使用し
て処理56の実行に移る。処理56ではレンジカーバチ
ヤ補正52の結果と、FFTされた点像パターンの複素
乗算が行なわれる。
次いで、処理57において、現在処理中のラインに対応
する再生パラメータα,βと、点像パターン生成に使用
した再生パラメータβ′から、位値ずれ、位相ずれを補
正する位相回転因子 (δβ=β′−β、Nはデータ点数)を式(10)に従
つて生成し、処理56の結果に乗ずる。最後にIFFT
58を施して、アジマス圧縮結果を得る。
以上述べた様に、本実施例によれば、点像パターン生成
とそのFFTを16ラインに1回に省略できるので、演
算量を減少し、全体の処理を高速化できる、という効果
がある。
〔発明の効果〕
本発明によれば、SAR画像再生処理においてアジマス
方向点像パターン生成とそのFFTを再生画像の画質を
劣化させることなく大部分省略することができるので、
SAR画像再生処理の演算量を減らし、高速化できると
いう効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図はSARシステムの全体構成図、第2図はSAR
画像再生の原理を示す図、第3図は再生パラメータの近
似法を説明する図、第4図はSAR画像再生処理全体の
フローチヤート、第5図は、第4図の処理43の詳細な
フローチヤートである。 1……レーダ・センサ、2……アンテナ、3……飛行経
路、5……地上局、6……データ・プロセツサ、10…
…レンジ方向、11……アジマス方向。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】合成開口レーダによる撮像データから原画
    像を再生する画像再生処理システムにおいて、 原画像上の各点に対して点像パターンを生成し、生成さ
    れた点像パターンと1ライン分の撮像データとを高速フ
    ーリエ変換する変換処理を複数ラインおきにおこなうこ
    とを特徴とする合成開口レーダ画像再生処理方法。
  2. 【請求項2】上記点像パターンはドップラ中心周波数を
    再生パラメータとして含み、上記変換処理は該ドップラ
    中心周波数に含まれる誤差にもとずく再生画像上の位置
    ずれと位相ずれを、高速フーリエ変換された点像パター
    ンと1ライン分の撮像データとの積に位相回転因子を乗
    算して補正する処理を含む第1項記載の合成開口レーダ
    画像再生処理方法。
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