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( RA dio D etection A nd R anging)

合成開口レーダー Synthetic Aperture Radar. ( RA dio D etection A nd R anging). 電波による　探知　および　 測距. 建物からのエコー. レーダー. 受信信号の強度. 時間. 距離 × 2 = 時間 × 光速. レーダー画像（空港監視レーダー）. 直下にレーダ波を照射すると？. どちらからの後方散乱波か解らない！. サイドルッキングレーダー. マイクロ波を横斜め下方向に照射. 衛星搭載レーダーの観測. アジマス方向 （照射順）. （ニアレンジ）. （ファーレンジ）. レンジ方向

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Presentation Transcript

  1. 合成開口レーダー Synthetic Aperture Radar (RAdioDetection And Ranging) 電波による　探知　および　測距

  2. 建物からのエコー レーダー 受信信号の強度 時間 距離× 2 = 時間×光速

  3. レーダー画像（空港監視レーダー）

  4. 直下にレーダ波を照射すると？ どちらからの後方散乱波か解らない！ サイドルッキングレーダー マイクロ波を横斜め下方向に照射

  5. 衛星搭載レーダーの観測 アジマス方向 （照射順） （ニアレンジ） （ファーレンジ） レンジ方向 （1回照射に対する時間順）

  6. PALSAR level1.0 data（IMG-） 分解能が低い

  7. パルスの送受信 t=パルス幅 振幅 送信 受信 送信 受信 時間 パルス送信から受信までの時間（t） 　　　＝　距離(r)×　２　÷　速度（c:光速）

  8. ターゲットが２つある場合 受信信号 Bからのエコー Aからのエコー A B 分離できない 分離できる

  9. レンジ方向の分解能 パルス幅 （30μsec） 分解能は？ （光速：3×108m/sec） t > |tA – tB| = |2rA/c -2rB/c| 分解能：rA -rB = tc/2= 4500m

  10. チャープパルスの利用 矩形パルスの代わりに，チャープパルスを用いる fc=0の場合 周波数 中心周波数 バンド幅 時間 パルス幅 チャープ信号： St(t) = exp{j(2pfct +iat2)} (-t/2 < t < t/2) a = pB / t fc：中心周波数，B：バンド幅，t：パルス幅

  11. Matched filter 送信信号 St(t) = exp{j(2pfct +iat2)} 圧縮されたパルス g(t)=t exp(-jfcTD)sinc{a(t-TD)t} 送信信号と 受信信号の 相互相関処理 受信信号 g(t)=∫Ss(t+x)St*(x)dx Ss(t) = exp{j(2pfc(t-TD) +ia(t-TD)2)} t = 1/バンド幅(BR) = 1/30MHz レンジ分解能 = ct/2 = c / (2BR) = 5m

  12. 周波数領域での圧縮処理 送信信号 （時間領域） 受信信号 （時間領域） FFT+ FFT+ 送信信号 （周波数領域） 受信信号 （周波数領域） 乗算 画像 （周波数領域） FFT- 画像 （時間領域）

  13. 擬似的にアンテナを合成 合成開口 Azimuth方向の分解能 アジマス方向の分解能： rb r：スラントレンジ b：ビーム幅（波長÷アンテナ長） r=800km，b= 0.2/10 = 0.02rad 　　アジマス分解能：16km ビーム幅

  14. 合成開口 V ドップラー効果によって変調される R0 アジマス参照信号： St(t) = exp{j(2pfDCt +ibt2)} (-TA/2 < t < TA/2) b= -2pV2 / lR0 fDC：ドップラー中心周波数，V：衛星速度， l：波長，R0：スラントレンジ長の基準値

  15. アジマス圧縮処理後の分解能 Dta（パルス幅）= R0l/2V2TSA，　　TSA：合成開口時間 LSA （合成開口長） =VTSA = R0l/l，　　l：アンテナ長 アジマス分解能 = VDta = R0l/2VTSA =l/2 アジマス分解能は，アンテナ長の半分 アジマス分解能は，スラントレンジの長さによらない

  16. SAR処理まとめ • レンジ圧縮（チャープ変調）： 　　参照関数はセンサーの設計による • アジマス圧縮（ドップラー変調）： 　　参照関数を求めるために，ドップラー 　　中心周波数，衛星速度が必要

  17. PALSAR画像

  18. 防災研究所

  19. レーダーの散乱 表面散乱 体積散乱 反射

  20. ピクセル内の散乱 Imaginary Real 位相と振幅 ピクセル内での散乱

  21. SAR干渉法 SAR干渉法，干渉SAR，InSAR， SAR interferometry，Interferometric SAR ２回の観測で得られた画像において，対応するピクセル間で位相差を求める手法． 衛星－ピクセル間距離（スラントレンジ）の変化を求める

  22. 　　　　　振幅 　位相 1回目の観測 スラントレンジ(r2) スラントレンジ(r1) 2回目の観測 位相差 (干渉画像) スラントレンジの差（r1 – r2） （位相差：-4p(r1-r2)/l） 干渉処理 fSLC = -4pri/l

  23. アフィン変換 range = x, azimuth = y range_offset_polynomial: A0 A1 A2 A3 azimuth_offset_polynomial: B0 B1 B2 B3 x offset = A0 + A1×x + A2×y + A3×x×y y offset = B0 + B1×x + B2×y + B3×x×y 位置あわせ 平行移動，スケール，シアー

  24. 位相変化 　位相（スラントレンジ）が変化する原因 ・観測位置の差（forb：軌道縞） ・地形（ftopo：地形縞） ・地殻変動（fdisp：変動縞） ・ノイズ（v：大気・電離層による遅延等） ftotal = forb + ftopo + fdisp + v

  25. Sat2 B Sat1 a q 軌道縞 レンジ位置が異なれば，スラントレンジの差 （(r2,1-r1,1)と(r2,2-r1,2)）は異なる Sat2 BPARA Sat1 r2,2 r1,2 r2,1 r1,1 forb = -4p(r1 – r2) / l =4pBsin(q – a) / l = 4pBPARA / l

  26. レンジ 軌道縞 アジマス

  27. 地形縞 ピクセルの高さ(h)が異なれば，スラントレンジの差 （(r2,1-r1,1)と(r2,2-r1,2)）は異なる Sat2 Sat2 Sat1 B BPERP a r Sat1 dq q ftopo= 4pB/l{sin(q+dq–a)–sin(q–a)} ≈ 4pBcos(q–a) dq/l = 4phBcos(q–a) / rlsin(i) = 4phBPERP(q–a) / rlsin(i) なぜなら　rdq = h / sin(i) i r1 r1 h

  28. レンジ 地形縞 アジマス

  29. 軌道間ベクトル

  30. 変動縞 d : (dx, dy, dz) 変位ベクトル 2回目の観測 （r2） u : (ux,uy, uz) 視線方向ベクトル 1回目の観測 （r1） 距離変化（Dr） Dr = uxdx + uydy + uzdz 変位ベクトルと視線方向ベクトルとの内積 forb = -4p(r1-r2)/l = 4pDr/l

  31. レーダ波照射方向（line-of-sight: LOS） アセンディング（昇交）軌道 ディセンディング（降交）軌道 アジマス方向 アジマス方向 j j:北からのアジマス方位角 オフナディア角： 　正確にはピクセルごとに異なる 　一般に示されるのは代表値． 入射角： 　ピクセルごとに異なる オフナディア角　≠　入射角 オフナディア角 q i 入射角 LOS単位ベクトル (sin(j+90)sinisin(j+90)cosi-cosi)

  32. 大気ノイズ 伝搬速度が変化 同じ距離でも，見かけ上の距離差が生じる． JERS-1(9506-9606)

  33. 電離層ノイズ 汶川地震に関するPALSAR干渉画像

  34. ピクセル内の散乱 Imaginary Real 位相と振幅 ピクセル内での散乱

  35. PS-InSAR Persistent ScatterersInSAR 　永続　　　散乱体　　SAR干渉法 Imaginary Imaginary 位相 位相 時間 時間 Real Real (after Hooper et al., 2007)

  36. PSの抽出 福島（2011）

  37. シグナルの分離 fobs = fdef + fatm + forb + fDEM + noise 求めるパラメータ PSでは小さい 空間的に相関 時間的に無相関 軌道情報とDEMから除去 残差は推定 軌道情報から除去 残差は推定 推定 時間方向にハイパスフィルター 空間方向にローパスフィルター

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