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JP2019519784A - 干渉解析のためのｓａｒイメージング方法 - Google Patents

干渉解析のためのｓａｒイメージング方法 Download PDF

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JP2019519784A JP2018566953A JP2018566953A JP2019519784A JP 2019519784 A JP2019519784 A JP 2019519784A JP 2018566953 A JP2018566953 A JP 2018566953A JP 2018566953 A JP2018566953 A JP 2018566953A JP 2019519784 A JP2019519784 A JP 2019519784A
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Abstract

本発明は、干渉解析のためのSARイメージング方法(40)に関し、この方法は、1つまたは複数の合成開口レーダーを用いて実行される地球の表面の1つの同じエリアの2つ以上のSAR収集に関係する生SARデータを受信するステップと、SAR画像を生成するために生SARデータを処理するステップとを含む。この方法は、各SAR収集について、上記SAR収集に関係するそれぞれの生SARデータが、処理パラメータの2つの異なるセットに基づいて処理され、処理パラメータの2つの異なるセットは、すべてのSAR収集について同じであり、すべてのSAR収集に関係する物理的ドップラーパラメータに基づいて計算されたフォーカシングドップラーパラメータを含む、第1のセットと、上記SAR収集に関係し、上記SAR収集に関係するそれぞれの物理的ドップラーパラメータに基づいて計算された、それぞれの放射量等化ドップラーパラメータを含むそれぞれの第2のセットとを含むことを特徴とする。詳細には、処理は、上記フォーカシングドップラーパラメータに基づいてすべてのSAR収集に関係する生SARデータをフォーカスすることと、各SAR収集について、アジマス分解能を低下させることなく、また放射量ひずみを発生させることなく、SAR収集を実行するために使用される合成開口レーダーのポインティングの考えられる差を補正するためにそれぞれのSARデータに、それぞれの放射量等化ドップラーパラメータに基づいてそれぞれの放射量等化を適用することとを含む。

Description

本発明は、一般に、合成開口レーダー(SAR)を用いたリモートセンシングに関し、詳細には、SARに基づく干渉法に関する。
より詳細には、本発明は、干渉解析のためのSAR画像を生成するための技法に関する。本発明は、バーストモードで行われる2つ以上のSAR収集(acquisition)に関係する生SARデータの処理において、限定的ではないが、有利な用途を見つける。
知られているように、SARシステムの世界において最も普及した用途の1つは干渉法であり、対象のエリアについてデジタル標高モデル(DEM)を推定することから、ターゲットの高度変動を推定すること(差分干渉法)および2つのシーンにおける変化を検出すること(コヒーレント変化検出)に及ぶ、様々な解決策がある。
収集特性、および詳細には方位角パラメータは、アジマスに沿って配列されたターゲットには実質的に不変であるので、干渉法のためのSAR収集の主要なモードは、いわゆるストリップマップ(Stripmap)である。しかし、もう少し複雑であると、他の動作モード(詳細には、Spotlight、ScanSAR、PingPong、およびTOPS)が干渉法用途に使用されることもある。
地球の表面のSAR画像を生成するための一般的な参照ジオメトリが、図1に示されている。これに関して、図1では(および以下に提示し、説明する以下の図においても)、地球の表面は、一般性を失うことなく、単に例示および説明の便宜および簡略化のために「平らに」示されている(また示されることになる)ということを強調したい。
詳細には、図1は、実質的に一定であると仮定される(地球の表面に対する)高度hで飛行方向dに沿って移動する合成開口レーダー10(説明を簡単にするために、以下ではSARセンサーと呼ぶ)を概略的に示す。知られているように、SARセンサー10の高度hは、上記SARセンサー10を通り(詳細には、それはSARセンサー10のアンテナの位相中心を通る)、地球の表面および飛行方向dに直交するナディア方向zに沿って測定される。好都合には、SARセンサー10は、たとえば、飛行機、無人航空機(UAV)、または衛星などの、航空/宇宙プラットフォーム(例示を簡単にするために図1には示されていない)によって、飛行中に/軌道上で移送される。飛行方向dの地上航跡は、上記飛行方向dに平行で、ナディア方向zに直交するアジマス方向xを特定し、ナディア方向zとアジマス方向xの両方に直交するクロストラック方向yは、アジマス方向xとともに、地球の表面に正接するxy平面を特定する。使用時、適切なアンテナ(例示を簡単にするために図1には示されていない)を用いて、SARセンサー10は、レーダーパルスを送信し、スラントレンジ(slant range)を特定する収集方向srにおいて、関連する後方散乱信号を受信し、収集方向srは、ナディア方向zに対する仰角θ、および図1に示すSAR収集ジオメトリでは(約)90°に等しい、飛行方向dに対する(または、同様にアジマス方向xに対する)スクイント角(squint angle)φを形成する(いわゆる「ほぼゼロのドップラー」ジオメトリ)。
詳細には、図1に示すストリップマップタイプのSAR収集ジオメトリでは、SARセンサー10は、スワス(swath)として知られる、地球の表面の細片(strip)をレーダーパルスで照射し、次いで、スワスから関連する後方散乱信号を受信し、スワスは、主としてアジマス方向xに平行に広がり、クロストラック方向yに沿って所与の幅Wを有する。より一層明確にするために、図2は、xy平面におけるストリップマップモードでのSAR収集のジオメトリを示し、ここでは、スクイント角φがどのようにすべて同じであるかを観察することができ、詳細には、図2に示す例では、スクイント角φはすべて直角である(「ほぼゼロのドップラー」ジオメトリ)。
さらに、図3は、放射量の観点から、地球の表面に位置するターゲット(参照番号11で示す)が、ストリップモードで、SARセンサー10のアンテナビーム(参照番号12で示す)によってどのように照射されるかを概略的に示す。詳細には、図3(図1および図2ですでに使用した、先に採用したxyzデカルト座標系のxz平面を参照する)に示すように、ターゲット11は、アンテナビーム12全体によって照射される。より一般的には、アジマス方向xに沿った画像の各ポイントは、同じビーム部分で照射され、すなわち、各ポイントは同じパワーを受信し、結果として、いわゆる「スカロッピング」現象は、ストリップマップモードでは存在しない。
加えて、図3はまた、(今説明したように、すべての点がアジマス方向xに沿って、同じビーム部分で照射されるので、ストリップマップモードではこの放射量補正が厳密には必要ではないが)ターゲット11に関係する信号に適用される/適用可能な放射量補正(参照番号13で示す)を示す。
知られているように、ストリップマップモードでのSAR収集のアジマス分解能は、ターゲットがSARセンサーによって観測される開口角(または、角度差-デルタ角度)の関数であり、または、同等に、アジマス分解能は、ターゲットが観測されるSARセンサーの速度と関係している、時間差(デルタ時間)の関数として見ることもできる。詳細には、アジマス分解能は、以下の式によって表すことができる(さらなる詳細については、たとえば、G. FranceschettiおよびR. Lanari、「Synthetic Aperture RADAR Processing」、CRC Press、1999年3月を参照することができる)。
ここで、resStripはストリップマップアジマス分解能を示し、λはSARセンサーによって使用される波長を示し、delta_angleは、ターゲットがSARセンサーによって観測される開口角(または、角度差-デルタ角度)を示す。
アンテナの3dB開口(片方向)(= 0.886λ/L、ここでLは、SARセンサーのアンテナのアジマス方向に沿った物理長または等価長を示す)として角度を仮定すると、ストリップマップモードについてアジマス分解能に従来から関連付けられる制約を取得することができ、それはL/2に等しい(さらなる詳細については、やはり「Synthetic Aperture RADAR Processing」を参照されたい)。
現在、アジマス分解能を上げるために、非常に広いアンテナビームが使用されており、これらのビームは、等価サイズを縮小するように、小さいサイズの、または照射を下げた(under-illuminated)、または振幅および/もしくは位相変調したアンテナの使用により、またはいわゆるスポットライトモードを使用することによって実現され、その収集論理は、図4に概略的に示されている。
詳細には、図4(図1〜図3ですでに使用した、先に採用したxyzデカルト座標系のxy平面を参照する)に示すように、スポットライトモードのSAR収集論理は、常に対象の同じエリアをレーダーパルスで照射し、次いでそこから関連する後方散乱信号を受信するために、(スクイント角φの値を動的に調整することによって)SARセンサー10の飛行移動中のアンテナビームの連続的、または準連続的ステアリングを使用することを想定しており、このようにして上記対象のエリア上でのSARセンサー10の持続時間を増やし、したがってアジマス分解能を向上させる。
アジマス分解能を向上させるために使用される上述の方法のどちらにも、いくつかの欠点がある。詳細には、非常に広いアンテナビームの使用は、非常に高い送信電力を使用する必要があり、一方、スポットライトモードは、スワスのアジマス長に制限を加える。
上述の欠点に対する1つの解決策が、国際特許出願WO 2014/122624 A1によって与えられ、これは、航空または衛星プラットフォームによって移送される合成開口レーダーを用いて、地球の表面のエリアのストリップマップモードでのN回のSAR収集を行うステップを含む、SAR画像を生成するための方法に関し、合成開口レーダーは、単一の分割されていないアンテナと、上記単一の分割されていないアンテナに結合された単一の受信機とを備え、ここでNは1よりも大きい整数である。
詳細には、WO 2014/122624 A1によれば、ストリップマップモードのN回のすべてのSAR収集は、ストリップマップモードの上記N回のSAR収集がすべて地球の表面の同じ特定のスワスを注視するように、合成開口レーダーのナディアに対して同じ所定の仰角を使用して行われる。その代わりに、ストリップマップモードの各SAR収集は、合成開口レーダーの飛行方向に対するそれぞれのスクイント角を使用して行われ、上記それぞれのスクイント角は、ストリップマップモードの他のN-1回のSAR収集を行うために使用されるスクイント角とは異なる。
さらに、WO 2014/122624 A1によれば、ストリップマップモードで行われる各SAR収集が、それぞれのレーダー送信および受信動作を含み、これらの動作は、
・ 個々にまたはグループで、ストリップマップモードで行われた他のN-1回のSAR収集の単一のまたはグループのレーダー送信および受信動作と時間インターリーブされ、
・ 所定の仰角によって、およびストリップマップモードでの上記SAR収集に使用されるそれぞれのスクイント角によって定義されるそれぞれの収集方向にそれぞれのレーダービームの送信および受信を含み、したがって、上記それぞれの収集方向は互いに平行であり、ストリップモードで行われる他のN-1回のSAR収集の収集方向とは平行ではないことになる。
さらに、WO 2014/122624 A1によれば、2つのすぐに続く瞬間に行われ、ストリップマップモードでの2つの異なるSAR収集に関係する2つのレーダー送信および受信動作において送信および受信されるレーダービームは、アジマスに沿って連続し、このようにして、ストリップマップモードで行われるN回のSAR収集のいずれかただ1つにより取得可能な積分時間に対して積分時間を増やす。
最終的に、WO 2014/122624 A1による方法はまた、ストリップマップモードで行われたN回のSAR収集すべてに基づいて特定のスワスのエリアのSARイメージングを生成するステップを含み、上記SAR画像は、合成開口レーダーの単一の、分割されていないアンテナのアジマス方向に沿った物理長または等価長の半分に等しい公称ストリップマップアジマス分解能に対して、最大でN倍まで向上したアジマス分解能を有する。
知られているように、SARシステムの能力を最大限に活用するために、ストリップマップモードおよびスポットライトモードに加えて、いわゆるバーストモードを含む、様々な他の技法が、SARセンサーを使用するために長年にわたって提案されている。
詳細には、バーストモードは、時分割の概念に基づくものであり、すなわち、SAR収集は、別個の時間ブロック(いわゆる「バースト」)に分割され、時間ブロックは、適切に統合されて、
・ いくつかのサブスワスを観測し、このようにして、観測される表面を増やすこと(ScanSARモード)、または
・ 異なる電磁特性を使用して、たとえば、異なる偏波を使用して、同じエリアを観測すること(PingPongモード)
を可能にする。
主要なバーストモードは、ScanSARモードであり、これは時間を同期バーストに(すなわち、定期的なレートで)分割する。アジマススペクトルが正確に、ただしより短い時間(したがってより小さいデルタ角度)の間、サンプリングされるように、各バーストでアンテナの公称パルス繰り返し周波数(PRF)でのシーン部分が収集される。この時分割は、後続のバーストにおいて、レンジのスワスを増やすために他の方向に、ビームを切り替えることを可能にする。実際には、「アジマス時間」は、Nb個のバーストに分割され、各バーストで異なるサブスワスが収集される。このモードの最大の禁忌は、デルタ角度を縮小することによって、アジマス分解能が低下することである。
詳細には、収集にはアジマスに空隙がないことを確保するために(すなわち、連続したアジマスカバレージ、または「穴」がないことを確保するために)、最大収集時間、したがって分解能は、以下の関係を満たさなければならない。
ここで、TScanSarは最大ScanSAR収集時間を示し、TStripは、最大ストリップマップ収集時間を示し、resScanSarはScanSAR分解能を示し、resStripはストリップマップ基準分解能(すなわちL/2)を示し、Nbは、前述のように、各収集サイクルが再分割されるバーストの数、すなわち、観測されるサブスワスの数を示す(さらなる詳細については、やはり「Synthetic Aperture RADAR Processing」、225〜229頁を参照されたい)。
これに関して、図5は、ScanSARモードでのSAR収集論理の一例を概略的に示す。詳細には、図5(図1〜図4ですでに使用した、先に採用したxyzデカルト座標系のxz平面を参照する)に示すように、SARセンサー(例示を簡単にするために図5には示されていない)が、飛行方向dに沿って移動中に、連続して一連の収集サイクルCi(ここで、i=1,2,3,…)を行い、その各々が、3つのバースト
、
、
に分割される(すなわち、図5の例ではNb=3)。詳細には、各収集サイクルCiの第1のバースト
において、SARセンサーは第1のサブスワスを収集(または観測)し、各収集サイクルCiの第2のバースト
において、SARセンサーは第2のサブスワスを収集(または観測)し、各収集サイクルCiの第3のバースト
において、SARセンサーは第3のサブスワスを収集(または観測)する。当然、同じサブスワスの収集は、アジマス方向xに沿った収集連続性を確保するように行われなければならない。
それゆえ、ScanSARモードでは、各ターゲットが、ストリップマップモードで発生するものに対してより短い時間期間の間照射される。さらに、常にストリップマップモードに対して、ScanSARモードでは各ターゲットが、アンテナビームの異なる部分によって照射される。これに関して、図6は、異なるアジマス位置を有し、図5のScanSAR収集の例において第2の収集サイクルC2の第1のバースト
で観測される第1のサブスワスの部分に位置する3つのターゲット(それぞれP1、P2、およびP3として示される)が、どのように照射されるかを、放射量の観点から、概略的に示す。詳細には、図6では、3つのターゲットP1、P2、およびP3の各々に対するそれぞれの照射しているアンテナビームは、それぞれ参照番号14、15、および16によって示される。図6に示すように、各イメージングバーストの様々な点は、異なるビーム部分によって照射される(すなわち、照射電力はアジマスに沿って変わる)。
それゆえ、ScanSARモードにはスカロッピングがある。実際、表面の各ポイントは、アジマスに沿ってアンテナビームの異なる部分によって照射されるので、正確な放射量値を取得するために、処理フェーズにおいてアンテナパターンを等化する必要がある。この等化を行うために、アンテナのステアリングを知ることが必要であり、アンテナステアリングの知識/推定に誤りがある場合、スカロッピング現象として知られる放射量アーチファクト(radiometric artefact)が作り出される。
これに関して、図7は、第1および第2の収集サイクルC1およびC2の第1のバースト
および
における残余放射量誤差を表すグラフとともに、再び図5のScanSAR収集の例を示し、詳細には、スカロッピングを引き起こす、上記バースト
と
との間の放射量ジャンプは、図7において極めて明白である。
加えて、図8もまた、図5のScanSAR収集の例において第2の収集サイクルC2の第1のバースト
で観測される第1のサブスワスの部分に位置するターゲットP1、P2、およびP3(図6に示す)を照射するアンテナビーム14、15、および16を示す。図8は、それぞれの放射量誤差とともに、それぞれの放射量補正(3つのターゲットP1、P2、およびP3の各々に対して、それぞれの放射量補正は、それぞれ参照番号17、18、および19で示される)もまた示す。
ScanSARモードに関するさらなる詳細については、たとえば、Andrea Monti-GuarnieriおよびPietro Guccione、「Optimal "focusing" for low resolution ScanSAR」、IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing、Vol. 39、No. 3、2001年3月1日、XP011021705、ISSN: 0196-2892を参照することができる。この論文は、検出された振幅画像と干渉法用途の両方に対して、低分解能のScanSARデータのフォーカシングを扱う。詳細には、この論文で説明されるように、従来のScanSARフォーカシング技法は、ScanSARエコーのいわゆるアジマス時間帯域幅積が大きいとき、アジマスアンテナパターンの極めて効果的な補正(たとえば、スカロッピングなし)を行うが、バーストが非常に短い持続時間であるとき、補正を行うことができない(この場合、補正は出力の効果的でない重み付けに縮小される)。その結果、アジマスはフォーカスされたインパルス応答のひずみが変化し、ひずみは、処理されるドップラー帯域幅の減少という犠牲を払って、(干渉法用途には利用できない)マルチルック平均において、部分的に補正される。
その代わりに、上述の「Optimal "focusing" for low resolution ScanSAR」論文は、各々が特定のアジマス値でのフォーカシングに適した、短いカーネルのセットが使用される手法を提案する。これらのカーネルは、最小平均2乗誤差で反射率を再構成するように最適化される。擬似反転(pseudo-inversion)は、広いおよび短いバーストでは「従来の」フォーカシングに集束する。これらのアジマス変化カーネルは、分解能/サイドローブの兼ね合いにおいて制約条件を満たすように、適切に同調することができ、利用可能なドップラー帯域幅のより良好な活用を可能にする。
言い換えれば、上述の「Optimal "focusing" for low resolution ScanSAR」論文は、インパルス応答ひずみを増やすことなく、短いアジマス時間帯域幅積でScanSARモードの収集を処理するための手法を説明し、干渉法用途にもアルゴリズムの有効性を示す。これに関して、上記「Optimal "focusing" for low resolution ScanSAR」論文においては、ゼロドップラージオメトリが常に使用されることになり、各収集は、それぞれのドップラーレートを含む処理パラメータの単一のセットを使用してフォーカスされると仮定され、ドップラーセントロイド(Doppler centroid)は、使用されるジオメトリ(すなわち、ゼロドップラージオメトリ)のためにすべての収集に対してゼロであると仮定されることに注意することが重要である。
バーストモードはまた、変化するアジマスアンテナステアリングを使用する、TOPSモードを含む(さらなる詳細については、たとえば、F. De ZanおよびA. Monti Guarnieri、「TOPSAR: Terrain Observation by Progressive Scans」、IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing、Vol. 44、No. 9、2006年9月、2352〜2360頁、ならびにAdriano Meta他、「TOPS Imaging With TerraSAR-X: Mode Design and Performance Analysis」、IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing、Vol. 48、No. 2、2010年2月1日、759〜769頁、XP011296215, ISSN: 0196-2892を参照することができる。)。詳細には、TOPSモードでは、スキャンは、スポットライトモードのスキャンとは実質的に反対方向に行われる。すなわち、アジマスステアリングは各バーストにおいて、SARセンサーが、各バーストの初めに後方を「ルック」し、バーストの終わりに前方をポイントするように実行される。従来のScanSARモードとは異なり、これは、各ターゲットがとにかくアンテナパターン全体によって照射されることを確保し、それによってより優れた放射量等化を可能にし、このようにしてスカロッピング現象をそれほど重大でないものにする。
これに関して、図9は、TOPSモードでのSAR収集論理の一例を概略的に示す。詳細には、図9(図1〜図7ですでに使用した、先に採用したxyzデカルト座標系のxz平面を参照する)に示すように、SARセンサー(例示を簡単にするために図9には示されていない)が、飛行方向dに沿って移動中に、連続して一連の収集サイクルCi(ここで、i=1,2,3,…)を行い、その各々が、3つのバースト
、
、
に分割される。詳細には、各収集サイクルCiの第1のバースト
において、SARセンサーは第1のサブスワスを収集(または観測)し、各収集サイクルCiの第2のバースト
において、SARセンサーは第2のサブスワスを収集(または観測)し、各収集サイクルCiの第3のバースト
において、SARセンサーは第3のサブスワスを収集(または観測)する。当然、TOPSの場合もまた、同じサブスワスの収集は、アジマス方向xに沿った収集連続性を確保するように行われなければならない。
上記ですでに説明したように、アジマスステアリングは、各バーストにおいて、各ターゲットがとにかくアンテナパターン全体によって照射されるように実行され、このようにしてスカロッピング現象をそれほど重大でないものにする。これに関して、
・ 図10は、放射量の観点から、第1のターゲット(参照番号20によって示される)が、アジマスにおいて、図9のTOPS収集の例における第1の収集サイクルC1の第1のバースト
で観測される第1のサブスワスの部分の中心に位置するとき、どのように照射されるかを概略的に示し、
・ 図11は、放射量の観点から、第2のターゲット(参照番号21によって示される)が、アジマスにおいて、図9のTOPS収集の例における第1の収集サイクルC1の第1のバースト
で観測される第1のサブスワスの部分の側方位置に配置されるとき、どのように照射されるかを概略的に示す。
標準的なScanSARモードで発生するように、TOPSモードでは、ターゲットはやはり常に、ストリップマップモードに典型的なデルタ角度よりも小さいデルタ角度で(またはデルタ時間の間)、センサーによって見られる。その結果として、TOPSモードはまた、ScanSARと同様に(標準的なScanSARに対して異なる等式/制約を有する場合でも)、ストリップマップモードに対してアジマス分解能を下げるという犠牲を払って、レンジ内のスワスを拡大することを可能にする。
知られているように、共通の方位角でエリアをスキャンする必要は、文献において浸透しており、しばしば、いわゆるアジマススペクトルの重なり(azimuth spectral overlap)に触れられる。詳細には、物理的制約の存在は、文献において推測されており、そのために、方位角重なりがないと、SAR画像間で全体的な非一貫性を引き起こす。この非一貫性は、したがって、どんな干渉計測法も不可能にする。
干渉法用途のための「ほぼゼロのドップラー」ジオメトリ(すなわち、アジマススペクトルの重なりの従来の制約)に基づくSAR画像収集技法の例が、以下において示されている。
・ Marcus Schwabisch他、「Study on Concepts for Radar Interferometry from Satellites for Ocean (and Land) Applications (KoRIOLIs)」の「Section 5: Technical Issues」、FINAL REPORT、2002年4月1日、1〜34頁、ここで、様々な収集のドップラースペクトルの重なり(したがって、同じスクイント角の使用)は、データ一貫性を実現し、結果として干渉法処理を行うことができるようにするには、必要不可欠な条件であることがはっきりと主張されている(これに関して、たとえば、「Study on Concepts for Radar Interferometry from Satellites for Ocean (and Land) Applications (KoRIOLIs)」の「Section 5: Technical Issues」の5〜15頁の説明を参照されたい)。
・ A.Ferretti他、「InSAR Principles: guidelines for SAR Interferometry Processing and Interpretation」、European Space Agency (ESA) Publications、TM-19、2007年2月、ここで、干渉法は、スペクトルの重なりがある場合にのみ可能であることが、やはり明白に主張されている(これに関して、たとえば、「InSAR Principles: guidelines for SAR Interferometry Processing and Interpretation」のC-103頁の説明を参照されたい)。
多くの場合、干渉計測のために、各ターゲットが同じ方位角でフォーカスされることを課すことによって、共通ではない2つ以上のSAR収集のスペクトル部分は削除される(このようにして、残念ながら、性能、特に分解能が低下する)。このタイプの処理は、共通バンドフィルタリングとしても知られており、極めて減少した量のデータが干渉法用途に使用できるにすぎないという大きな欠点を有する。当然、共通バンドフィルタリングは、スペクトルの重なりが最小またはヌルである場合、すなわち、バーストモードのSAR収集(たとえば、ScanSARおよびPingPong)によくある場合には、使用不可能である。
詳細には、たとえば、以下のような、スペクトルの重なりを管理するための、および結果として、バーストモードで取得されたSAR収集の干渉法処理のための、様々な技法もまた、過去に提案されている。
・ A. Monti GuarnieriおよびC. Prati、「ScanSAR Focusing and Interferometry」、IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing、Vol. 34、No. 4、1996年7月、1029〜1038頁、この中で、非ゼロのアジマス重なりおよび共通のアジマススペクトル部分のみのフィルタリングを有するデータの排他的使用が企図される。
・ J. HolznerおよびR. Bamler、「Burst-Mode and ScanSAR Interferometry」IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing、Vol. 40、No. 9、2002年9月、1917〜1934頁、この中で、ScanSARモードでのSAR収集に基づく干渉法用途に対して、アジマス重なりの重要性が強調され、バーストの同期フィルタリングにより、また生データを処理するために同じセントロイドを使用することによりそれを管理することが提案されるが、アンテナパターンに起因する放射量収差(スカロッピング)の補正を行うことはなく、このようにして、無相関現象(decorrelation phenomena)をもたらす。
・ R. Grandin、「Interferometric Processing of SLC Sentinel-1 TOPS Data」、Proceedings of European Space Agency、SP-371、FRINGE 2015、23-27、2015年3月、Frascati (Rome)、Italy、この中で、同じドップラースペクトルを用いた収集の重要性が強調され、現象の間接的推定に基づくいくつかの補正技法が提案され、詳細には、これらの技法は、画像位置合わせ(image co-registration)の大容量を必要とし、位置合わせにおける最小誤差でも、最終的な干渉生成物に重大な誤差を引き起こす(実際に、提案される例には、ドップラーセントロイドに最小の差のある収集、すなわち、現象学が限られた影響を有する収集が選択された)。
・ P. Prats, R. ScheiberおよびF. De Zan、「Interferometric TOPS Chain Description」、SEOM-INSARAP: Sentinel-1 InSAR Performance Study with TOPS Data、INSARAP Workshop、2014年12月10日、この中で、セントロイドが異なる場合、データフィルタリングが必要であり、結果として、情報の損失があることが強調されており、強調されない場合でも、これは、セントロイドに大きな違いがある場合にデータの使用を不可能にする。
最後に、アジマススペクトルの重なりに関する制約は、US 9,019,144 B2において極めて徹底的に対処されており、この文献で観測される現象は数学的関係によるものであり、物理的特性によるものではないので、この制約は、実際に除去できることが示されている。詳細には、US 9,019,144 B2は、干渉法処理のためのSAR画像を収集するための方法に関係し、この方法は、上記SAR画像の干渉法処理を可能にするために、飛行中に移送される1つまたは複数のSARセンサーにより、収集ジオメトリとともに同じエリアのSAR画像を収集するステップを含む。詳細には、US 9,019,144 B2による方法は、エリアの各SAR画像が、飛行方向に対するそれぞれのスクイント角を定義するそれぞれの収集方向で収集され、スクイント角がゼロ以外の平均スクイント角を決定するようになった、収集ジオメトリを特徴とする。さらに、SAR画像は、航空/衛星プラットフォームにより飛行中に移送され、単一のアンテナを使用し、航空/衛星プラットフォームの単一の通過でSAR画像を収集する単一のSARセンサーによって収集される。
国際特許出願第WO 2014/122624 A1号 米国特許第9,019,144 B2号
G. FranceschettiおよびR. Lanari、「Synthetic Aperture RADAR Processing」、CRC Press、1999年3月 Andrea Monti-GuarnieriおよびPietro Guccione、「Optimal "focusing" for low resolution ScanSAR」、IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing、Vol. 39、No. 3、2001年3月1日、XP011021705、ISSN: 0196-2892 F. De ZanおよびA. Monti Guarnieri、「TOPSAR: Terrain Observation by Progressive Scans」、IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing、Vol. 44、No. 9、2006年9月、2352〜2360頁 Adriano Meta他、「TOPS Imaging With TerraSAR-X: Mode Design and Performance Analysis」、IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing、Vol. 48、No. 2、2010年2月1日、759〜769頁、XP011296215, ISSN: 0196-2892 Marcus Schwabisch他、「Study on Concepts for Radar Interferometry from Satellites for Ocean (and Land) Applications (KoRIOLIs)」の「Section 5: Technical Issues」、FINAL REPORT、2002年4月1日、1〜34頁 A.Ferretti他、「InSAR Principles: guidelines for SAR Interferometry Processing and Interpretation」、European Space Agency (ESA) Publications、TM-19、2007年2月 A. Monti GuarnieriおよびC. Prati、「ScanSAR Focusing and Interferometry」、IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing、Vol. 34、No. 4、1996年7月、1029〜1038頁 J. HolznerおよびR. Bamler、「Burst-Mode and ScanSAR Interferometry」IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing、Vol. 40、No. 9、2002年9月、1917〜1934頁 R. Grandin、「Interferometric Processing of SLC Sentinel-1 TOPS Data」、Proceedings of European Space Agency、SP-371、FRINGE 2015、23-27、2015年3月、Frascati (Rome)、Italy P. Prats, R. ScheiberおよびF. De Zan、「Interferometric TOPS Chain Description」、SEOM-INSARAP: Sentinel-1 InSAR Performance Study with TOPS Data、INSARAP Workshop、2014年12月10日
本発明の第1の目的は、干渉法のために、バーストモードのSAR収集に現在適用されている技法の上述の技術的欠点を少なくとも部分的に緩和することができる技法を提供することである。
本発明の第2の目的は、物理的にないときでも(すなわち、センサーが異なるスクイント角でシーンを観測するとき)、スペクトルの重なりを確保することができるSAR処理技法もまた提供することである。
これらおよび他の目的は、添付の特許請求の範囲において定義される、干渉解析のためのSARイメージング方法に関する限りにおいて、本発明によって達成される。
詳細には、本発明によるSARイメージング方法は、
・ 1つまたは複数の合成開口レーダーを用いて実行される地球の表面の1つの同じエリアの2つ以上のSAR収集に関係する生SARデータを受信するステップと、
・ SAR画像を生成するために生SARデータを処理するステップと
を含む。
本発明による方法は、各SAR収集について、上記SAR収集に関係するそれぞれの生SARデータが、処理パラメータの2つの異なるセットに基づいて処理されることを特徴とし、処理パラメータの2つの異なるセットは、
・ すべてのSAR収集に対して同じであり、すべてのSAR収集に関係する物理的ドップラーパラメータに基づいて計算されたフォーカシングドップラーパラメータを含む、第1のセットと、
・ 上記SAR収集に関係し、上記SAR収集に関係するそれぞれの物理的ドップラーパラメータに基づいて計算された、それぞれの放射量等化ドップラーパラメータを含む、それぞれの第2のセットと
を含む。
詳細には、処理するステップは、
・ 上記フォーカシングドップラーパラメータに基づいて、すべてのSAR収集に関係する生SARデータをフォーカシングするステップと、
・ 各SAR収集について、アジマス分解能を低下させることなく、また放射量ひずみを発生させることなく、SAR収集を実行するために使用される合成開口レーダーのポインティングの考えられる差を補正するためにそれぞれのSARデータに、それぞれの放射量等化ドップラーパラメータに基づいてそれぞれの放射量等化を適用するステップと
を含む。
好都合には、上記SARイメージング方法が、
・ 各SAR収集について、上記SAR収集を実行するために使用される合成開口レーダーのポインティングを示すそれぞれの物理的ドップラーパラメータを推定するステップと、
・ 各SAR収集について、推定されたそれぞれの物理的ドップラーパラメータに基づいて、それぞれの放射量等化ドップラーパラメータを計算するステップと、
・ すべてのSAR収集に対して推定された物理的ドップラーパラメータに基づいて、フォーカシングドップラーパラメータを計算するステップと
をさらに含む。
本発明をよりよく理解するために、非限定的な例として挙げる、いくつかの好ましい実施形態について、添付の図面(一定の縮尺でない)を参照しながら、次に説明する。
ストリップマップモードでのSAR収集の一例を概略的に示す図である。 ストリップマップモードでのSAR収集の一例を概略的に示す図である。 ストリップマップモードでのSAR収集の一例を概略的に示す図である。 スポットライトモードでのSAR収集の一例を概略的に示す図である。 ScanSARモードでのSAR収集の一例を概略的に示す図である。 ScanSARモードでのSAR収集の一例を概略的に示す図である。 ScanSARモードでのSAR収集の一例を概略的に示す図である。 ScanSARモードでのSAR収集の一例を概略的に示す図である。 TOPSモードでのSAR収集の一例を概略的に示す図である。 TOPSモードでのSAR収集の一例を概略的に示す図である。 TOPSモードでのSAR収集の一例を概略的に示す図である。 スペクトルの重なりが存在しないストリップマップモードでの2つのSAR収集を概略的に示す図である。 スペクトルの重なりが存在しないScanSARモードでの2つのSAR収集を概略的に示す図である。 本発明の好ましい実施形態によるSARイメージング方法を概略的に示す図である。
以下の説明は、当技術分野の専門家が本発明を具体化し、使用することができるように行われる。示した実施形態の様々な変更形態が、専門家には直ちに明らかとなり、本明細書で説明する一般的な原理は、本発明の保護の範囲から逸脱することなく、他の実施形態および用途に適用されることがある。
したがって、本発明は、単に本明細書で説明し、示した実施形態に限定されるものではなく、本明細書で説明され、添付の特許請求の範囲において定義される原理および特徴と一致する最も広い範囲を与えられるものとする。
本発明は、SARイメージング方法に関係し、このSARイメージング方法は、
・ 1つまたは複数の合成開口レーダーを用いて実行される地球の表面の1つの同じエリアの2つ以上のSAR収集(好ましくはバーストモードで行われるSAR収集、なお一層好ましくは、ScanSAR、PingPong、またはTOPSタイプの収集)に関係する生SARデータを受信するステップと、
・ SAR画像を生成するために生SARデータを処理するステップと
を含む。
詳細には、処理するステップは、
・ 2つ以上のSAR収集に関係する物理的ドップラーパラメータに基づいて計算されたフォーカシングドップラーパラメータに基づいて2つ以上のSAR収集に関係する生SARデータをフォーカシングするステップと、
・ 各SAR収集について、上記SAR収集に関係するそれぞれの物理的ドップラーパラメータに基づいて計算されたそれぞれの放射量等化ドップラーパラメータに基づいて、それぞれの放射量等化をそれぞれのSARデータに適用するステップと
を含む。
好都合には、上記SAR画像化方法が、
・ 各SAR収集について、上記SAR収集を実行するために使用される合成開口レーダーのポインティングを示すそれぞれの物理的ドップラーパラメータ(好ましくは、それぞれの物理的ドップラーセントロイドおよび/またはそれぞれの物理的ドップラーレート)を推定するステップと、
・ 各SAR収集について、推定されたそれぞれの物理的ドップラーパラメータに基づいて、それぞれの放射量等化ドップラーパラメータ(好ましくは、それぞれの放射量等化ドップラーセントロイドおよび/またはそれぞれの放射量等化ドップラーレート)を計算するステップと、
・ 2つ以上のSAR収集に対して推定された物理的ドップラーパラメータに基づいて、フォーカシングドップラーパラメータ(好ましくは、フォーカシングドップラーセントロイドおよび/またはフォーカシングドップラーレート)を計算するステップと
をさらに含む。
より好都合には、上記SARイメージング方法はまた、各SAR収集について、上記SAR収集のそれぞれの空間特性および時間特性を示すそれぞれのデータを受信するステップを含み、各SAR収集のそれぞれの空間特性および時間特性を示す上記それぞれのデータは、好ましくは、上記SAR収集を実行するために使用される合成開口レーダーのポインティングおよび位置、ならびに対応する収集時間を示すデータを含む。
加えて、各SAR収集について、それぞれの物理的ドップラーパラメータは、好都合には、上記SAR収集のそれぞれの空間特性および時間特性を示すそれぞれのデータに基づいて推定される。
好ましくは、2つ以上のSAR収集は、バーストモードで行われるSAR収集であり、上記SARイメージング方法はまた、
・ 各SAR収集について、上記SAR収集のそれぞれの空間特性および時間特性を示すそれぞれのデータに基づいて各それぞれのバーストの位置を決定するステップと
・ 各SAR収集のバーストの位置に基づいてバーストの基準位置を決定するステップであって、生SARデータはまた、バーストの基準位置に基づいて処理される、決定するステップと
を含む。
一層好ましくは、上記SARイメージング方法はまた、
・ 生成されたSAR画像を位置合わせするステップと、
・ 位置合わせされたSAR画像に基づいてバースト位置誤差を検出し、推定するステップと、
・ 推定されたバースト位置誤差に基づいてバーストの基準位置を補正するステップと、
・ バーストの補正された基準位置に基づいて生SARデータを再び処理するステップと
を含む。
好都合には、上記SARイメージング方法はまた、
・ 生成されたSAR画像に基づいて放射量等化ドップラーパラメータおよび/またはフォーカシングドップラーパラメータにおける誤差を検出し、推定するステップと、
・ 推定された誤差に基づいて放射量等化ドップラーパラメータおよび/またはフォーカシングドップラーパラメータを更新するステップと、
・ 更新された放射量等化ドップラーパラメータおよび/またはフォーカシングドップラーパラメータに基づいて、生SARデータを再び処理するステップと
を含む。
本発明は、出願人の洞察に由来し、これによれば、文献において観測される現象は、実際には、数学的関係によるものであり、物理的特性によるものではなく、したがって、物理的重なりがない場合でも、スペクトルの重なりを確保するように画像を処理することが可能である。本発明の結果、したがって、性能限界を回避し、バーストモードでの収集にさえも、データ一貫性を想定する干渉解析を拡大することができる。
詳細には、文献における対応とは異なり、本発明によれば、放射量補正のためのドップラーパラメータ(好都合には、ドップラーセントロイドおよびドップラーレート)を、フォーカシングのためのドップラーパラメータから分離することによって、放射量の観点からの、最大のスペクトル重なりを有した、正確な画像、すなわち一貫性のある画像を取得することができる。
実際に、バーストモードでは、特にTOPSモードでは、セントロイドは、ターゲットのアジマス位置(ドップラーレート)に応じて急速に変化し、したがって、たとえば、個々の収集におけるアンテナの公称ステアリングの変動に関連して、干渉収集(interferometric acquisition)を処理する際に異なるドップラーレートが使用される場合、個々のターゲットは、異なる、したがって一貫しない角度で処理される。
数学用語において、一般的な時点の衛星のゼロドップラーに対してアジマスに沿った角度をベータ(β)と呼ぶとすると、アジマスフォーカシングに関係する2次式を除いた後、m番目の画像に関係する、デルタ(Δ)に等しい半口径(semi-aperture)の積分から得られる一般的なベータ応答(β)は、次のように書くことができる。
ここで、Ai,θi,φiはそれぞれ、一般的なi番目のターゲットの振幅、位置、および位相を表し、Gaはアンテナの2方向の利得を表し、Fwは白色化フィルタ(またはアンテナパターンの放射量等化のためのフィルタ)を表し、
・ Dcは、一般的なターゲットが収集されたスクイント角に関係するドップラーセントロイドを表し、
・
は、データのフォーカシング方向に関係する、処理に使用されるドップラーセントロイドを表し、
・
は、アンテナ利得によって誘発された放射量変動を補正するための処理中に使用されるドップラーセントロイドを表す。
現在の処理アルゴリズムは、フォーカシングおよび放射量等化(すなわち、白色化フィルタ)両方に対して1つの処理セントロイドのみを使用し、この処理セントロイドは、物理的収集の処理セントロイドと一致するという仮定に基づき、したがって、この仮定の下で、またアンテナパターンを完全にわかっているように、および物理的ドップラーセントロイドを完全に推定するように仮定すると、
とわかり、以下が得られる。
異なるドップラーセントロイド
で収集された、Δintのターゲット位相差を有する第2の干渉収集を考えると、以下が得られる。
したがって、2つの収集間の位相差は、以下によって得られる。
項
は、データ非一貫性を引き起こす。
今説明したことをよりよく理解するために、図12(図1〜図7および図9〜図11ですでに使用した、先に採用したxyzデカルト座標系のxz平面を参照する)は、スペクトル重なりのない、同じターゲット22のストリップマップモードでの2つのSAR収集を概略的に示す。詳細には、第1のSAR収集は、第1の飛行方向d1に沿って移動する第1の衛星23によって実行され、第2のSAR収集は、第1の飛行方向d1に平行な第2の飛行方向d2に沿って移動する第2の衛星24によって実行される。詳細には、図12に示す例では、Δint = 2Δとわかる。
ターゲットの位置に応じてドップラーパラメータにかなりの変動があるScanSAR、TOPS、およびPingPongバーストモードでは、式(1)は、処理ドップラーレート
、実際の収集ドップラーレート(DR)、および白色化フィルタのための処理に使用されるドップラーレート
の概念を挿入することによって、修正することができる。ドップラーレートを、方位角と公称収集角度ベータ(β)との比として表すと、以下が得られる。
この場合、項(6)は、以下になる。
本発明の好ましい実施形態によれば、以下のような、2つのドップラーセントロイドおよび2つのドップラーレートが使用される。
・ 第1のドップラーセントロイドおよび第1のドップラーレートが、フォーカシングのために(詳細には、フォーカシング角度を決定するために)採用され、
・ 第2のドップラーセントロイドおよび第2のドップラーレートが、白色化フィルタの代わりに、すなわち、放射パターンを等化するために採用される。
2つの画像をフォーカシングするのに同じ処理ドップラーセントロイドおよび同じ処理ドップラーレートを使用することによって、項(6)(または項(8))はヌルになり、2つの画像は一貫性を保つ。
すでに説明したように、現在、共通バンドフィルタリングが、スペクトル重なり問題を克服するために用いられ、すなわち、画像/SAR収集はフィルタリングされ、共通の角度のみを残す。この技法は、収集にかなりのスペクトル重なりがある場合に機能することができるにすぎず、いずれの場合も、性能に深刻な影響を及ぼす。バーストモードでは(たとえば、ScanSARモードでは)、開口角は非常に小さく、SARセンサーの最小のポインティング誤差が、スペクトル重なりがまったくないことを引き起こす可能性があり、事実上、干渉法用途に使用することを妨げる。
これに関して、図13(図1〜図7および図9〜図12ですでに使用した、先に採用したxyzデカルト座標系のxz平面を参照する)は、スペクトル重なりのない、同じターゲット25のScanSARモードでの2つのSAR収集を概略的に示す。詳細には、第1のScanSAR収集は、第1の飛行方向d1に沿って移動する第1の衛星26によって実行され、第2のScanSAR収集は、第1の飛行方向d1に平行な第2の飛行方向d2に沿って移動する第2の衛星27によって実行される。さらに、検討中のターゲット25は、アジマスにおいて、第1のバースト
で観測されたサブスワスの端部に配置されている。
詳細には、図13に示すように、現在の処理技法を用いると、アンテナの異なるステアリング(したがって、異なるドップラーセントロイド)により、アジマスの端部のエリアは、異なる干渉収集において、位相合同でない(non-homologous)バーストで、したがって、まったく異なる方位角で、フォーカスされる可能性がある。これは結果として、これらの2つのScanSAR収集を干渉解析に使用することができないことになる。
一方、本発明の好ましい実施形態によれば、ScanSAR収集のそれぞれの物理的ドップラーパラメータに基づいて(すなわち、それぞれの実際の収集ジオメトリに基づいて)計算されたそれぞれのドップラーパラメータ(好都合には、ドップラーセントロイドおよびドップラーレート)のペアに基づくそれぞれの放射量等化が、2つのScanSAR収集の各々に適用される。さらに、常に本発明の上記の好ましい実施形態によれば、2つのScanSAR収集はともに、両方のScanSAR収集の物理的ドップラーパラメータに基づいて計算されたドップラーパラメータ(好都合には、ドップラーセントロイドおよびドップラーレート)の同じペアに基づいてフォーカスされる。
TOPSモードでの収集の場合、ドップラーセントロイドは急速に変化し、したがって、共通のドップラーレートが使用されない場合、ターゲットは異なる角度で処理されることになり、非一貫性を引き起こす。
本発明は、この限界を効果的に克服し、さらに、処理開口角からアンテナの開口角への制約、すなわち、(特にバーストモードまたは低下した分解能のモードでは)一般的に一致しないパラメータを修復することによって、バーストモードで収集されたデータの使用を干渉法のために使用可能にする。
本発明は、原点においてスペクトル重なりの問題を解決し、その結果、US 9,019,144 B2による方法とは異なり、本発明による技法は、
・ 様々な画像間の最大スクイント差が、アンテナの開口角より小さい場合は、任意の平均スクイント角に対して機能し、
・ 様々な収集に対して、これらの収集が異なるスクイント角で実行されたときでも、たとえば平均化演算など、一貫性を確保するためのさらなるデータ処理を想定することなく、したがって関連して分解能を損なうことなく、同じ角度で各ターゲットを「積分すること」を可能にする
ことを強調することが重要である。
本発明をよりよく理解するために、図14は、本発明の好ましい実施形態によるSAR画像(全体として参照番号40で示す)を生成するための方法のフローチャートを示す。
詳細には、方法40は、
・ 好ましくはバーストモードで、1つまたは複数の衛星によって1つまたは複数のSARセンサーを用いて実行された地球の表面の同じエリアの2つ以上のSAR収集に関係する入力データを受信するステップ(マクロブロック41)であって、上記入力データが、好都合には各SAR収集について、それぞれの生SARデータ(ブロック411)(すなわち、収集を行ったそれぞれのSARセンサーによって生成されたデータ)、SAR収集のそれぞれの特性(好都合には、それぞれのSARセンサーのポインティング、使用されるそれぞれのアンテナビームの特性など)を示すそれぞれの姿勢データ(ブロック412)、ならびにそれぞれの軌道データおよび収集時間(ブロック413)を含み、上記それぞれの軌道データが、SAR収集を実行したそれぞれの衛星に関係し、上記それぞれの収集時間がSAR収集のそれぞれの時間特性を示す、受信するステップと、
・ 入力データに基づいて、SAR収集の物理パラメータを推定するステップ(マクロブロック42)と、
・ 物理パラメータに基づいて、処理パラメータを決定するステップ(マクロブロック43)と、
・ 物理パラメータおよび処理パラメータに基づいて、入力データを処理するステップ(マクロブロック44)と、
・ 干渉解析(ブロック50)の1つまたは複数の技法によって処理されるために、たとえば、DEM(デジタル標高モデル)を推定するために、または差分干渉法および/もしくはコヒーレント変化検出のために、準備ができているSAR画像(ブロック451)を出力として提供するステップ(マクロブロック45)と
を含む。
詳細には、物理的ドップラーパラメータを推定すること(マクロブロック42)に関して、各単一のSAR収集の生SARデータ(ブロック411)および姿勢データ(ブロック412)から始めて、単一のSAR収集に関係するすべてのアジマスステアリングを示す物理的ドップラーパラメータ(ドップラーセントロイドおよび/またはドップラーレート)の推定が取得される(ブロック421)。さらに、各単一のSAR収集の軌道データおよび関係する収集時間(ブロック413)に基づいて、各単一のSAR収集の各単一のバーストの空間的位置(または、同等に、時間的位置)(ブロック422)が決定される。
その代わりに、処理パラメータを決定すること(マクロブロック43)に関して、物理的ドップラーパラメータ(ドップラーセントロイドおよびドップラーレート)に基づいて、詳細には単一のSAR収集に関係するアジマスステアリングに基づいて、処理ドップラーパラメータ(ブロック431)(ドップラーセントロイドおよびドップラーレート)が計算され、処理ドップラーパラメータは、
・ SAR収集ごとの、上記SAR収集に関係するそれぞれの物理的ドップラーパラメータに基づいて、詳細には上記SAR収集を行うときのSARセンサーの実際のポインティングに基づいて、計算されたそれぞれの放射量等化ドップラーパラメータと、
・ すべてのSAR収集に関係する物理的ドップラーパラメータに基づいて計算されたフォーカシングドップラーパラメータと
を含む。
好都合には、処理パラメータの決定(マクロブロック43)はまた、同等のマスターを決定することを含む(実際には、各収集のドップラーセントロイド値がわかっている場合、基準値、たとえば平均値を定義することができる)。
さらに、バーストの基準の空間的/時間的位置(ブロック432)(たとえば、空間的/時間的重なりを最大にする位置)が、各SAR収集の各単一のバーストの空間的/時間的位置に基づいて決定される。
代わりに、処理(マクロブロック44)に関して、2つ以上のSAR収集に関係する生SARデータ(ブロック411)は、SAR画像(ブロック451)を形成するために、物理的ドップラーパラメータ、処理ドップラーパラメータ、およびバーストの基準の空間的/時間的位置に基づいて処理される。詳細には、処理(マクロブロック44)は、
・ フォーカシングドップラーパラメータに基づいてすべてのSAR収集に関係する生SARデータをフォーカシングし、このようにして、レーダー領域(スラントレンジ-アジマス)においてフォーカスされた、対応する画像(ブロック451)を取得することと、
・ フォーカスされた各SAR収集について、上記SAR収集に関係するそれぞれの放射量等化ドップラーパラメータに基づいてそれぞれの放射量等化をそれぞれのSARデータに適用することと
を含む(ブロック441)。
この処理(マクロブロック44)を通して、最小の放射量アーチファクトを有する最終的な生成物を取得することができ、各ターゲットが様々な収集に対して同じ角度で「積分される」ようになる。
さらに、フォーカシングおよび放射量等化(ブロック441)の後に、物理的ドップラーパラメータおよび/または処理ドップラーパラメータの推定は、好都合には、新しいフォーカシングおよび放射量等化(ブロック441)を行う際のその後の使用のために補正することができる(ブロック442)。詳細には、物理的ドップラーパラメータおよび/または処理ドップラーパラメータは、SAR画像中の任意のアーチファクト残部を解析することによって補正することができる。
加えて、SAR画像は位置合わせされ、アジマス位置合わせの後に、(たとえば、SARセンサーの公称位置の推定における誤差に起因する)バースト位置誤差を推定し、必要ならば、バーストの基準の空間的/時間的位置を補正し(ブロック452およびブロック432)、次いで新しいフォーカシングおよび放射量等化(ブロック441)を行うためにそれらを再使用することができる。
最後に、干渉法処理(ブロック50)のための標準的アルゴリズムに適合する最終的な生成物が得られる。
方法40は、好ましくは、上記方法40の前述のステップを実行するように適切に構成され、プログラムされた電子的処理手段によって実施される。好都合には、上記電子的処理手段は、SARリモートセンシングシステムおよび/またはデータベースから直接入力データを受け取る(マクロブロック41)ように構成される。上記電子的処理手段は、生成されたSAR画像(ブロック451)を処理システムに、干渉解析のために提供するように構成することができ、または、(たとえば、1つまたは複数の高さを計算するために、または、より一般的には、DEMを推定するため、差分干渉および/もしくは変化検出のため、またはインターフェログラム、コヒーレンシマップなどを計算するために)上記SAR画像に基づいて1つまたは複数の干渉法処理動作(ブロック50)を実行するように適切にプログラムすることができる。
当然、衛星SAR収集に関して説明したが、方法40は、宇宙SAR収集(たとえば、衛星または宇宙船によって行われる)と、航空SAR収集(たとえば、航空機、UAV、ヘリコプターなどによって行われる)の両方で使用することができる。
同様に、バーストモードでのSAR収集に関して説明したが、方法40は当然、必要な変更を加えて、ストリップマップモードおよびスポットライトモードでのSAR収集にも使用できる。
本発明の技術的利点は、上記の説明から直ちに明らかになる。
詳細には、すでに説明したように、本発明は、スペクトルの重なりが物理的にない場合でもそれを確保することができるので、本発明は、現在知られている技法の上述の限界を効果的に克服するということを強調することが重要である。
フォーカシングのために、およびアジマスアンテナパターンに起因する放射量補正のために、異なるドップラーパラメータを使用する、知られている技法はないことに注意することもまた重要である。
詳細には、前述の論文「Burst-Mode and ScanSAR Interferometry」は、本発明のように、生データを処理するために同じセントロイドの使用を提案するが、本発明とは異なり、アンテナパターンに起因する放射量収差(スカロッピング)を補正することを断念し、無相関現象をもたらし、結果として、最終的な干渉生成物の性能を低下させる画像間の差をもたらす。加えて、「Burst-Mode and ScanSAR Interferometry」は、同じドップラーレートを使用することにはまったく言及せず、もっぱらScanSARモードを扱い、フォーカシングのためのおよび(実施されない)放射量補正のための2重のパラメータの使用を決して仮定しないことを強調することが重要である。
すでに説明したように、「Optimal "focusing" for low resolution ScanSAR」もまた、処理パラメータの単一のセットの使用を教示し、処理パラメータの2つの異なるセット(フォーカシングのためのセット、および放射量等化のためのセット)を使用する可能性は、上記の論文ではまったく企図も、仮定もされていない。
詳細には、「Optimal "focusing" for low resolution ScanSAR」のいくつかの部分において、著者は、各収集のためのフォーカシングパラメータの単一のセットについて話すが、様々な干渉収集間のアジマスステアリングにおける考えられる差を補正する技法は導入されない。
詳細には、「Optimal "focusing" for low resolution ScanSAR」において、ドップラーセントロイドは、単一の値を有する各収集の特定の単一のパラメータであると見なされる(詳細には、論文において「ゼロドップラー」タイプの収集ジオメトリが仮定されるとき、ドップラーセントロイドは、ゼロに等しいと仮定される)。
同じことは、ドップラーレートにもあてはまり、ドップラーレートは「Optimal "focusing" for low resolution ScanSAR」において単一のパラメータと見なされる。
この論文は、異なるアジマス収集方向を使用して(すなわち、異なるスクイント角を使用して)行われるSAR収集に関係する問題の解決策を与えない。
詳細には、「Optimal "focusing" for low resolution ScanSAR」の487頁の、「Phase Preserving Processing」のV-A項において、以下のように述べられている。「最終的な干渉計品質の重要な要因は、プロセッサ位相ひずみである。低いTBPaz[Azimuth Time Bandwidth Product(アジマス時間帯域幅積)]のScanSAR干渉法では、2つの位置合わせされ、フォーカスされた画像における異なるFIRF[Focused Impulse Response Function(フォーカスされたインパルス応答関数)]形状によって、無相関ソースが導入される。これは、2つのAAP[Azimuth Antenna Pattern(アジマスアンテナパターン)]がシフトされるとき、または2つの画像のうちの1つの画像がSARフォーカスされた画像から合成されるときにあてはまる場合がある。」
「Optimal "focusing" for low resolution ScanSAR」のこのV-A項は、干渉法のための異なる収集間の関係について説明されている論文の唯一の部分である。異なるアジマスアンテナパターンの使用による無相関は、「Optimal "focusing" for low resolution ScanSAR」では制約として述べられ、この無相関を補正するためのいずれの解法も示されていない。実際に、「Optimal "focusing" for low resolution ScanSAR」の同じ項(すなわち、V-A)において、著者は以下のように述べる。「この場合、MMSE[Minimum Mean Square Error](最小平均二乗誤差)解法は、コサイン窓付き参照(cosine windowed reference)によって実現されるものに匹敵する無相関を示すが、MMSEは、より大きい帯域幅を探査するので、よりよく機能する。」
要約すれば、「Optimal "focusing" for low resolution ScanSAR」において提案される技法は、さらなる位相雑音を導入しないが、本発明とは違って、異なるアジマス収集方向を使用して(すなわち、異なるスクイント角を使用して)実行される干渉収集の位相ひずみを補正するための解決策を与えることもない。
今説明したことのさらなる証明として、「Optimal "focusing" for low resolution ScanSAR」の482頁にある表IIが、ScanSARフォーカシングに使用されるパラメータの単一のセットの値を一覧表示している(表では単一のドップラーレートが示され、ドップラーセントロイドはゼロであると仮定されるので示されていない)ことに注意することが重要である。このようにして、「Optimal "focusing" for low resolution ScanSAR」で使用される処理パラメータ(詳細には、フォーカシングパラメータ)は、(アジマス収集ジオメトリが変化する場合には)干渉収集ごとに変化する可能性がある。「Optimal "focusing" for low resolution ScanSAR」で使用されるこれらのフォーカシングパラメータは、実質上、各収集の前述の特定の物理的ドップラーパラメータに対応し、前述の特定の物理的ドップラーパラメータは、本発明によれば、各収集について、処理パラメータの前述の2重のセット、すなわち、
・ すべてのSAR収集に対して同じであり、SAR収集のすべてに関係する物理的ドップラーパラメータに基づいて計算された、前述のフォーカシングドップラーパラメータと、
・ 上記SAR収集に関係し、上記SAR収集に関係するそれぞれの物理的ドップラーパラメータに基づいて計算された、前述のそれぞれの放射量等化ドップラーパラメータと
を計算するために使用される。
さらに、「Interferometric Processing of SLC Sentinel-1 TOPS Data」も、「Interferometric TOPS Chain Description」も、「TOPS Imaging With TerraSAR-X: Mode Design and Performance Analysis」さえも、フォーカシングのために、および放射量補正のために、2重のパラメータの使用を仮定しないことにも注意すべきである。
要約すれば、異なる干渉収集間のドップラー偏移は、無相関を引き起こす。すでに説明したように、この無相関を処理するために、従来の文献は、いわゆる共通バンドフィルタリングの使用を教示するが、この技法は、アジマス分解能の低下を引き起こし、低下は、バーストモードで(たとえば、ScanSARモードで)行われる収集では対処することができない。
反対に、本発明は、処理パラメータの2つの異なるセットを使用して各収集を処理するよう教示し、詳細には、フォーカシングパラメータの同じセットが、処理されるべきすべてのSAR収集に関係する生SARデータをフォーカスするために使用され、一方、各SAR収集に対して、アジマス分解能を低下させることなく、また放射量ひずみをもたらすことなく(すなわち、放射分析性能の低下をもたらすことなく)、様々なSAR収集を実行するために使用されるSARセンサーの考えられるポインティング差を補正するために、上記SAR収集に関係する放射量等化のパラメータのそれぞれのセットに基づくそれぞれの放射量等化もまた行われる。
言い換えれば、原点において異なる収集ジオメトリに起因する問題を解決することによって、本発明は、様々な収集間の異なる姿勢またはドップラーレートの違いに起因する問題を解消し、したがって、物理的にないときでもスペクトル重なりを保証し、現在知られている技法の前述の限界を克服する。
本発明のさらなる技術的利点は、たとえば、SAR画像中の考えられるアーチファクト残部を解析することによって、フォーカシングおよび放射量等化(図14のブロック441)の後に、物理的ドップラーパラメータおよび/または処理ドップラーパラメータ(すなわち、フォーカシングおよび放射量等化パラメータ)の推定を補正する(図14のブロック442)可能性に由来することに注意することもまた重要である。このようにして、処理(すなわち、フォーカシングおよび放射量等化-図14のブロック441)を繰り返して行い、物理的および/または処理ドップラーパラメータ(すなわち、フォーカシングおよび放射量等化パラメータ-図14のブロック442)の推定を徐々に改良し、結果として、最終的な生成物(すなわち、生成されたSAR画像-図14のブロック451)の品質を徐々に向上させることができる。
さらに、すでに説明したように、SAR画像のアジマス位置合わせの後に、本発明によれば、(たとえば、SARセンサーの公称位置の推定における誤差に起因する)考えられるバースト位置誤差を推定し、必要ならば、バーストの基準の空間的/時間的位置を補正し(図14のブロック452およびブロック432)、次いで新しいフォーカシングおよび放射量等化(ブロック441)を行うためにそれらを使用することもできる。
最後に、添付の特許請求の範囲において定義される本発明の範囲から逸脱することなく、本発明に様々な変更を適用できることは明らかであろう。
10 合成開口レーダー
11 ターゲット
12 アンテナビーム
13 放射量補正

Claims (11)

  1. 干渉解析のためのSARイメージング方法(40)であって、
    ・ 1つまたは複数の合成開口レーダーを用いて実行される地球の表面の1つの同じエリアの2つ以上のSAR収集に関係する生SARデータを受信するステップと、
    ・ SAR画像を生成するために前記生SARデータを処理するステップと
    を含み、
    各SAR収集について、前記SAR収集に関係する前記それぞれの生SARデータが、処理パラメータの2つの異なるセットに基づいて処理されることを特徴とし、前記処理パラメータの2つの異なるセットが、
    ・ すべての前記SAR収集に対して同じであり、すべての前記SAR収集に関係する物理的ドップラーパラメータに基づいて計算されたフォーカシングドップラーパラメータを含む、第1のセットと、
    ・ 前記SAR収集に関係し、前記SAR収集に関係するそれぞれの物理的ドップラーパラメータに基づいて計算された、それぞれの放射量等化ドップラーパラメータを含む、それぞれの第2のセットと
    を含み、
    処理するステップが、
    ・ 前記フォーカシングドップラーパラメータに基づいて、すべての前記SAR収集に関係する前記生SARデータをフォーカスするステップと、
    ・ 各SAR収集について、アジマス分解能を低下させることなく、また放射量ひずみを発生させることなく、前記SAR収集を実行するために使用される前記合成開口レーダーのポインティングの考えられる差を補正するためにそれぞれのSARデータに、前記それぞれの放射量等化ドップラーパラメータに基づいてそれぞれの放射量等化を適用するステップと
    を含む、方法。
  2. ・ 各SAR収集について、前記SAR収集を実行するために使用される前記合成開口レーダーの前記ポインティングを示すそれぞれの物理的ドップラーパラメータを推定するステップと、
    ・ 各SAR収集について、推定された前記それぞれの物理的ドップラーパラメータに基づいて、前記それぞれの放射量等化ドップラーパラメータを計算するステップと、
    ・ すべての前記SAR収集に対して推定された前記物理的ドップラーパラメータに基づいて、前記フォーカシングドップラーパラメータを計算するステップと
    をさらに含む、請求項1に記載の方法。
  3. 各SAR収集について、前記SAR収集のそれぞれの空間特性および時間特性を示すそれぞれのデータであって、前記SAR収集を実行するために使用される前記合成開口レーダーの前記ポインティングおよび位置、ならびに対応する収集時間を示すデータを含む、それぞれのデータを受信するステップをさらに含み、
    各SAR収集について、前記それぞれの物理的ドップラーパラメータが、前記SAR収集の前記それぞれの空間特性および時間特性を示す前記それぞれのデータに基づいて推定される、
    請求項2に記載の方法。
  4. 前記2つ以上のSAR収集が、バーストモードで行われるSAR収集である、請求項3に記載の方法。
  5. 前記2つ以上のSAR収集が、ScanSAR、PingPong、またはTOPSタイプの収集である、請求項4に記載の方法。
  6. ・ 各SAR収集について、前記SAR収集の前記それぞれの空間特性および時間特性を示す前記それぞれのデータに基づいて各それぞれのバーストの位置を決定するステップと、
    ・ 各SAR収集の前記バーストの前記位置に基づいて前記バーストの基準位置を決定するステップと
    をさらに含み、
    前記生SARデータがまた、前記バーストの前記基準位置に基づいて処理される、
    請求項4または5に記載の方法。
  7. ・ 前記生成されたSAR画像を位置合わせするステップと、
    ・ 前記位置合わせされたSAR画像に基づいてバースト位置誤差を検出し、推定するステップと、
    ・ 前記推定されたバースト位置誤差に基づいて前記バーストの前記基準位置を補正するステップと、
    ・ 前記バーストの前記補正された基準位置に基づいて前記生SARデータを再び処理するステップと
    をさらに含む、請求項6に記載の方法。
  8. ・ 各SAR収集について、前記それぞれの物理的ドップラーパラメータが、前記SAR収集を実行するために使用される前記合成開口レーダーの前記ポインティングを示すそれぞれの物理的ドップラーセントロイドおよび/またはそれぞれの物理的ドップラーレートを含み、
    ・ 各SAR収集について、前記それぞれの放射量等化ドップラーパラメータが、前記それぞれの物理的ドップラーセントロイドおよび/または前記それぞれの物理的ドップラーレートに基づいて計算されたそれぞれの放射量等化ドップラーセントロイドおよび/またはそれぞれの放射量等化ドップラーレートを含み、
    ・ 前記フォーカシングドップラーパラメータが、前記2つ以上のSAR収集に関係する前記物理的ドップラーセントロイドおよび/または前記物理的ドップラーレートに基づいて計算されたフォーカシングドップラーセントロイドおよび/またはフォーカシングドップラーレートを含む
    請求項2から7のいずれか一項に記載の方法。
  9. ・ 前記生成されたSAR画像に基づいて前記放射量等化ドップラーパラメータおよび/または前記フォーカシングドップラーパラメータにおける誤差を検出し、推定するステップと、
    ・ 前記推定された誤差に基づいて前記放射量等化ドップラーパラメータおよび/または前記フォーカシングドップラーパラメータを更新するステップと、
    ・ 前記更新された放射量等化ドップラーパラメータおよび/またはフォーカシングドップラーパラメータに基づいて、前記生SARデータを再び処理するステップと
    をさらに含む、請求項1から8のいずれか一項に記載の方法。
  10. 請求項1から9のいずれか一項に記載の前記SARイメージング方法(40)を行うように構成された電子処理手段。
  11. 電子処理手段によって実行可能であり、実行されると、前記電子処理手段に、請求項1から9のいずれか一項に記載の前記SARイメージング方法(40)を実施させる、ソフトウェアコード部分を含む、コンピュータプログラム。
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