Title:
Verarbeitungsvorrichtung für Signale eines Radars mit synthetischer Apertur
Document Type and Number:
Kind Code:
T5

Abstract:

Es wird eine Verarbeitungsvorrichtung für Signale eines Radars mit synthetischer Apertur gemäß der Erfindung angegeben, wobei die Höhe eines Streuzentrums in einem SAR-Bild abgeschätzt wird, das mit Sätzen von Sensoren beobachtet wird, wobei jeder Satz einer Basislinienlänge entspricht; dabei wird ein Pixel extrahiert, das dem Streuzentrum in der Höhe von dem SAR-Bild entspricht. Bei der Verarbeitung gemäß der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird ein Topographiestreifen des SAR-Bildes erzeugt, das mit dem Satz von Sensoren beobachtet wird, welche der jeweiligen Basislinienlänge entsprechen. Dann wird die Phase des Topographiestreifens berechnet, der der spezifischen Höhe entspricht. Danach wird ein Pixel extrahiert, das die Phase von dem Topographiestreifen besitzt, was zur Extraktion des Pixels bei der spezifischen Höhe führt. Die Konfiguration gemäß der Erfindung kann eine spezifische Höhe extrahieren, die einer Kombination von Phasen entspricht, welche von mehreren Topographiestreifen erzeugt werden, und die Höhe des Streuzentrums messen bis hinauf zu einer Höhe, die größer ist als die Höhe bei herkömmlichen Techniken, bei denen die beiden Sensoren mit der kürzesten Basislinienlänge eine messbare Höhe bestimmen.





Inventors:
Katayama, Yumiko (Tokyo, JP)
Oishi, Noboru (Tokyo, JP)
Application Number:
DE112015006123T
Publication Date:
10/26/2017
Filing Date:
02/06/2015
Assignee:
Mitsubishi Electric Corporation (Tokyo, JP)
International Classes:
G01S13/90
Attorney, Agent or Firm:
Meissner Bolte Patentanwälte Rechtsanwälte Partnerschaft mbB, 80538, München, DE
Claims:
1. Verarbeitungsvorrichtung für Signale eines Radars mit synthetischer Apertur, die Folgendes aufweist:
– einen Interferenzphasen-Prozessor, der dafür ausgelegt ist, Folgendes zu berechnen:
– einen ersten Topographiestreifen, dargestellt mit mehreren Pixeln, der eine relative Phase zwischen Signalen repräsentiert, die in zwei Pixeln enthalten sind, welche das gleiche Streuzentrum repräsentieren in einem ersten Satz von zwei SAR-Bildern, unter Verwendung des ersten Satzes von zwei SAR-Bildern, die von zwei Sensoren erzeugt werden, welche eine erste Basislinienlänge besitzen, und
– einen zweiten Topographiestreifen, dargestellt mit mehreren Pixeln, der eine relative Phase zwischen Signalen repräsentiert, die in zwei Pixeln enthalten sind, welche das gleiche Streuzentrum repräsentieren in einem zweiten Satz von zwei SAR-Bildern, unter Verwendung des zweiten Satzes von zwei SAR-Bildern, die von zwei Sensoren erzeugt werden, welche eine zweite Basislinienlänge besitzen; und
– einen Extraktionsprozessor, der Folgendes aufweist:
– einen Phasenrechner, der konfiguriert ist, um eine erste spezifische Phase zu berechnen, die einem Streuzentrum in mindestens einer spezifischen Höhe in dem ersten Topographiestreifen entspricht, und eine zweite spezifische Phase zu berechnen, die dem Streuzentrum in der mindestens einen spezifischen Höhe in dem zweiten Topographiestreifen entspricht, und
– einen Pixelextraktor, der so konfiguriert ist, dass er ein Pixel, das der mindestens einen spezifischen Höhe entspricht, aus dem ersten Topographiestreifen und dem zweiten Topographiestreifen extrahiert, wobei das Pixel die erste spezifische Phase in dem ersten Topographiestreifen und die zweite spezifische Phase in dem zweiten Topographiestreifen besitzt, wobei der erste und der zweite Topographiestreifen mit dem Interferenzphasen-Prozessor berechnet werden.

2. Verarbeitungsvorrichtung für Signale eines Radars mit synthetischer Apertur nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine spezifische Höhe höher ist als eine spezifische Höhe, die messbar ist nur mit zwei Sensoren, die eine kürzere Basislinienlänge von der ersten Basislinienlänge und der zweiten Basislinienlänge haben.

3. Verarbeitungsvorrichtung für Signale eines Radars mit synthetischer Apertur nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Interferenzphasen-Prozessor eine Bias-Beseitigungseinheit aufweist, die so konfiguriert ist, dass sie mindestens drei Pixel auswählt, welche Streuzentren in der gleichen bekannten Höhe in dem ersten Satz oder dem zweiten Satz von zwei SAR-Bildern repräsentieren, und dass sie die Phasen der Pixel in dem ersten Satz oder in dem zweiten Satz von zwei SAR-Bildern korrigiert, so dass die Phasen der Signale, die in den mindestens drei Pixeln enthalten sind, den gleichen Wert in dem ersten Satz oder dem zweiten Satz von zwei SAR-Bildern besitzen.

4. Verarbeitungsvorrichtung für Signale eines Radars mit synthetischer Apertur nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
wobei der Extraktionsprozessor ferner einen Orbitalparameter-Rechner besitzt, der Orbitalparameter berechnet, die der ersten Basislinienlänge und der zweiten Basislinienlänge entsprechen, und zwar aus der Orbitalinformation über die beiden Sensoren, welche die erste Basislinienlänge besitzen, und die beiden Sensoren, die die zweite Basislinienlänge besitzen; und
wobei der Phasenrechner die erste spezifische Phase und die zweite spezifische Phase mit den Orbitalparametern berechnet, die von dem Orbitalparameter-Rechner berechnet worden sind.

5. Verarbeitungsvorrichtung für Signale eines Radars mit synthetischer Apertur nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
wobei der Interferenzphasen-Prozessor einen Orbitalstreifenperioden-Rechner aufweist, der eine Orbitalstreifenperiode aus dem ersten Satz von zwei SAR-Bildern und dem zweiten Satz von zwei SAR-Bildern berechnet;
wobei der Extraktionsprozessor einen Orbitalparameter-Rechner aufweist, der Orbitalparameter berechnet, die der ersten Basislinienlänge und der zweiten Basislinienlänge entsprechen, mit einer Orbitalstreifenperiode, die mit dem Orbitalstreifenperioden-Rechner berechnet wird, und einem Versatzwinkel vom Nadir von Funkwellen, die von einem Radar mit synthetischer Apertur ausgestrahlt werden, um das SAR-Bild zu erzeugen; und
wobei der Phasenrechner die ersten spezifischen Phasen und die zweiten spezifischen Phasen mit den Orbitalparametern berechnet, die mit dem Orbitalparameter-Rechner berechnet worden sind.

6. Verarbeitungsvorrichtung für Signale eines Radars mit synthetischer Apertur nach Anspruch 5, wobei der Orbitalstreifenperioden-Rechner, eine Frequenz auswählt auf der Basis einer Energieverteilung einer Frequenzkomponente von einem Frequenzspektrum, das eine räumliche Variation in einer relativen Phase zwischen Signalen repräsentiert, die in den beiden Pixeln von dem ersten Satz oder dem zweiten Satz von zwei SAR-Bildern enthalten sind, und die ausgewählte Frequenz als Frequenz extrahiert, die der Orbitalstreifenperiode entspricht.

7. Verarbeitungsvorrichtung für Signale eines Radars mit synthetischer Apertur nach Anspruch 3, wobei der Extraktionsprozessor mindestens ein Pixel auswählt, das ein Streuzentrum in einer bekannten Höhe repräsentiert, und ein weiteres Streuzentrum in der gleichen Höhe wie der bekannten Höhe des Streuzentrums extrahiert, das in dem ausgewählten Pixel enthalten ist.

8. Verarbeitungsvorrichtung für Signale eines Radars mit synthetischer Apertur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Bestimmung erfolgt, ob die beiden Pixel ein reflektiertes Signal enthalten, das eine einzelne Signalkomponente enthält, oder ein reflektiertes Signal enthalten, das mehrere Signalkomponenten enthält, auf der Basis einer zeitlichen oder räumlichen Variation bei der Phasendifferenz zwischen den beiden Pixeln, welche das gleiche Streuzentrum in dem ersten Satz oder dem zweiten Satz von zwei SAR-Bildern repräsentieren.

9. Verarbeitungsvorrichtung für Signale eines Radars mit synthetischer Apertur nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
wobei die mindestens eine spezifische Höhe eine Vielzahl von spezifischen Höhen besitzt;
wobei der Pixelextraktor die Pixel extrahiert, die den spezifischen Höhen entsprechen; und
wobei die Verarbeitungsvorrichtung für Signale eines Radars mit synthetischer Apertur ferner einen Signal-Synthesizer aufweist, der ein dreidimensionales Bild mit den Pixeln bei den spezifischen Höhen erzeugt, die von dem Pixelextraktor extrahiert worden sind.

Description:
Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine Verarbeitungsvorrichtung für Signale eines Radars mit synthetischer Apertur.

Technischer Hintergrund

Eine Verarbeitungsvorrichtung für Signale eines Radars mit synthetischer Apertur, kurz mit SAR bezeichnet, emittiert Impulswellen und empfängt reflektierte Signale von einem Streuzentrum. Die Verarbeitungsvorrichtung für Signale eines Radars mit synthetischer Apertur kann die Distanz von einer Plattform, die mit dem SAR ausgerüstet ist, beispielsweise einem künstlichen Satelliten, zu einem Streuzentrum messen, und zwar unter Verwendung der Daten hinsichtlich der Zeit, wenn die reflektierten Signale von dem Streuzentrum empfangen werden, und sie besitzt eine Auflösung in der Ausbreitungsrichtung der Funkwellenausstrahlung.

Die SAR-Plattform kann Funkwellen aussenden und empfangen, während sie sich bewegt, und kann somit als virtuelle Antenne mit einer großen Apertur in ihrer Bewegungsrichtung arbeiten. Die Plattform besitzt eine Auflösung in der Azimut-Richtung, das heißt ihrer Bewegungsrichtung. Ein SAR-Bild, das aus den empfangenen Signalen des Radars mit synthetischer Apertur erzeugt wird, besteht aus mehreren Pixeln, die jeweils Daten hinsichtlich der Phase und der Amplitude des empfangenen Signals besitzen.

29 zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Konzeptes einer Interferenzphase beim Radar mit synthetischer Apertur gemäß dem Stand der Technik. Unter Bezugnahme auf 29 wird nachstehend der Zusammenhang zwischen der Interferenzphase und der Höhe näher erläutert. Es wird angenommen, dass sich eine Plattform bezüglich der Zeichnungsebene von der Vorderseite zur Rückseite bewegt, was die Azimut-Richtung bezeichnet, die von dem Zeichner aus von vorn nach hinten verläuft. 29 zeigt auch die Bodenbereichs-Richtung und die Höhenrichtung, die jeweils der Richtung der Ausbreitung der Funkwellen oder Radiowellen entspricht.

Es wird angenommen, dass SAR-Bilder bei k1 und k2 erfasst werden, die jeweils die Orbitalposition der Plattform repräsentieren, wobei die Differenz der Empfangsphase zwischen den beiden reflektierten Signalen von dem Streuzentrum, also die Phasendifferenz von jedem Pixel zwischen den beiden SAR-Bildern eine proportionale Relation zu der Differenz hat, und zwar zwischen der Distanz von der Orbitalposition k1 der Plattform zu dem Streuzentrum und der Distanz von der Orbitalposition k2 der Plattform zu dem Streuzentrum, wobei k2 eine andere Position als k1 besitzt.

Es ist darauf hinzuweisen, dass die Phase mit einem Wert modulo 2π zu verstehen ist. Die Relation zwischen dem Topographiestreifen φz, der berechnet wird durch Subtrahieren der Orbitalstreifen von den zwei Orbitalpositioneen von der Phasendifferenz, und der Höhe z des Streuzentrums ist definiert durch den nachstehenden Ausdruck (1): φz = W{(2·π·p·B/λ·R·sinθ)·z}(1)wobei folgende Bezeichnungen verwendet sind

W{}
Darstellung modulo 2π
p:
Koeffizient zur Bezeichnung eines Beobachtungsmodus (p = 1 für einen Einzeldurchgangsmodus und p = 2 für einen Wiederholungsdurchgangsmodus)
λ:
Wellenlänge der ausgestrahlten Funkwellen
θ:
Versatzwinkel vom Nadir der ausgestrahlten Funkwellen
R:
Distanz zwischen dem Zentrum zwischen der Orbitalposition k1 und der Orbitalposition k2 zu dem Zentrum des Bildes
B:
Länge der orthographischen Basislinie der Orbitalposition k1 und der Orbitalposition k2

Dabei ist φz proportional zu z. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Phase einen Wert besitzt, der modulo 2π zu verstehen ist. Nachstehend wird die orthographische Basislinie der Einfachheit halber als „Basislinie” bezeichnet.

Da irgendein anderes Streuzentrum in der gleichen Höhe z die gleiche Phase φz des Topographiestreifens besitzt, kann die Höhe des Streuzentrums abgeschätzt werden unter Verwendung der Phase des Topographiestreifens in dem beobachteten SAR-Bild. Außerdem wird das SAR-Bild umgewandelt in ein dreidimensionales Bild, und zwar über die Abschätzung der Höhen von sämtlichen Streuzentren in dem SAR-Bild.

Die proportionale Relation zwischen dem Topographiestreifen φz und der Höhe des Streuzentrums variiert in Abhängigkeit von der Länge der Basislinie B, nachstehend als „Basislinienlänge” bezeichnet. Wenn die Basislinienlänge B abnimmt, nimmt die Auflösung der Höhe ab, obwohl die verschiedenen Höhen der Streuzentren mit großen Höhen ohne weiteres voneinander unterschieden werden können.

Wenn die Basislinienlänge B zunimmt, nimmt die Auflösung der Höhe zu, obwohl das zyklische Verhalten dafür sorgt, dass die Streuzentren bei verschiedenen Höhen die identische Interferenzphase besitzen, was zu mehreren Höhen beim Streuzentrum z führt, die jeweils der identischen Interferenzphase entsprechen. Dies wird als „Höhen-Mehrdeutigkeit” bezeichnet.

Bei dem Verfahren gemäß einem Mehrfach-Basislinien InSAR, einem interferometrischen Radar mit synthetischer Apertur, werden die Interferenzphasen von verschiedenen Sätzen von SAR-Bildern mit verschiedenen Basislinien verwendet.

Dabei wird eine approximierte Höhe des Streuzentrums in dem SAR-Bild abgeschätzt aus der Phasendifferenz zwischen einem Satz von SAR-Bildern mit einer kurzen Basislinie B; dann wird die Genauigkeit der Höhenabschätzung verbessert unter Verwendung der Phasendifferenz mit einem anderen Satz von SAR-Bildern mit einer langen Basislinie, siehe beispielsweise das Dokument gemäß der Nicht-Patentliteratur 1.

Bei einem anderen Verfahren hat man vorgeschlagen, einen virtuellen Strahl auszubilden und eine Auflösung in der Höhenrichtung durch digitale Strahlformung in einem tomographischen SAR zu erzielen, wobei verschiedene Sätze von SAR-Bildern mit verschiedenen Basislinien verwendet werden, siehe beispielsweise die Veröffentlichung gemäß der Nicht-Patentliteratur 2. Bei diesen herkömmlichen Techniken ist die höchste annehmbare Höhe zmax des Streuzentrums definiert durch den Ausdruck (2): zmax = (λ·R·sinθ)/(p·B)(2),wobei B die kürzeste Basislinienlänge unter den verschiedenen Basislinienlängen ist. Stand der TechnikNicht-Patentliteratur

Nicht-Patentliteratur 1: Douglas G. Thompson, Multi-Baseline Interferometric SAR for Iterative High Estimation, IEEE 1999 International, 1999, 251–253.Nicht-Patentliteratur 2: Reigber, First Demonstration of Airborne SAR Tomography Using Multibaseline L-Band Data, IEEE Transactions on Geoscience Remote Sensing 38, 2000/9, 2142–2152.

Zusammenfassung der ErfindungTechnisches Problem

Eine herkömmliche Verarbeitungsvorrichtung für Signale eines Radars mit synthetischer Apertur ist nicht in der Lage, Höhen von Streuzentren abzuschätzen, die höher als die Höhe zmax gemäß Ausdruck (2) sind, welche der kürzesten Basislinienlänge in dem SAR-Bild entspricht. Das bedeutet, dass die Höhe z nur dann aus dem Topographiestreifen φz spezifiziert werden kann, wenn die größte Höhe der Streuzentren in dem SAR-Bild bekannt ist als ein Wert der gleich oder kleiner zmax ist.

Es ist jedoch schwierig, eine Höhe aus dem Topographiestreifen zu spezifizieren, wenn die größte Höhe der Streuzentren in dem SAR-Bild unbekannt ist oder es bekannt ist, dass sie gleich groß oder höher ist als zmax.

Die vorliegende Aufgabe hat zum Ziel, die vorstehend geschilderten Probleme zu lösen. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Verarbeitungsvorrichtung für Signale eines Radars mit synthetischer Apertur anzugeben, die in der Lage ist, die Höhen von Streuzentren in dem SAR-Bild abzuschätzen, wobei die Höhen gleich der oder größer als die Höhe zmax gemäß dem Ausdruck (2) sind, welcher der kürzesten Basislinienlänge entspricht, sowie Bilder der Streuzentren zu extrahieren.

Gemäß der Erfindung wird eine Verarbeitungsvorrichtung für Signale eines Radars mit synthetischer Apertur angegeben, die einen Interferenzphasen-Prozessor aufweist, der einen ersten Topographiestreifen berechnet, dargestellt mit mehreren Pixeln, der eine relative Phase zwischen den Signalen repräsentiert, die in zwei Pixeln enthalten sind, welche das gleiche Streuzentrum in einem ersten Satz von zwei SAR-Bildern repräsentieren, und zwar unter Verwendung des ersten Satzes von zwei SAR-Bildern, die von den beiden Sensoren erzeugt werden, welche eine Basislinienlänge besitzen; und einen zweiten Topographiestreifen berechnet, dargestellt mit mehreren Pixeln, der eine relative Phase zwischen den Signalen repräsentiert, die in zwei Pixeln enthalten sind, welche das gleiche Streuzentrum in einem zweiten Satz von zwei SAR-Bildern repräsentieren, und zwar unter Verwendung des zweiten Satzes von zwei SAR-Bildern, die von zwei Sensoren mit einer zweiten Basislinienlänge erzeugt werden.

Die Vorrichtung weist ferner einen Extraktionsprozessor auf, der einen Phasenrechner besitzt, der eine erste spezifische Phase berechnet, die einem Streuzentrum in der mindestens einen spezifischen Höhe in dem ersten Topographiestreifen entspricht, und eine zweite spezifische Phase berechnet, die dem Streuzentrum in der mindestens einen spezifischen Höhe in dem zweiten Topographiestreifen entspricht. Die Vorrichtung weist ferner einen Pixelextraktor auf, der ein Pixel, das der mindestens einen spezifischen Höhe entspricht, aus dem ersten Topographiestreifen und dem zweiten Topographiestreifen extrahiert, wobei das Pixel die erste spezifische Phase in dem ersten Topographiestreifen und die zweite spezifische Phase in dem zweiten Topographiestreifen besitzt. Die ersten und zweiten Topographiestreifen werden mit dem Interferenzphasen-Prozessor berechnet.

Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung

Die Verarbeitungsvorrichtung für Signale eines Radars mit synthetischer Apertur gemäß der Erfindung ist in der Lage, Pixel von Streuzentren in spezifischen Höhen zu extrahieren, wobei die Streuzentren höher liegen als diejenigen, die mit zwei Sensoren messbar sind, welche die kürzeste Basislinienlänge unter verschiedenen Basislinienlängen besitzen.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Die Zeichnungen zeigen in

1 eine schematische Gesamtansicht zur Erläuterung einer 3D-Bild-Erzeugungseinheit 100 für SAR-Bilder gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.

2 ein Funktions-Blockschaltbild zur Erläuterung der Funktionen eines Interferenzphasen-Prozessors 1050 gemäß der ersten Ausführungsform.

3 ein Funktions-Blockdiagramm zur Erläuterung der Funktionen eines Extraktionsprozessors 1070 gemäß der ersten Ausführungsform.

4 ein Funktions-Blockdiagramm zur Erläuterung der Funktionen eines Signal-Synthesizers 1090 gemäß der ersten Ausführungsform.

5 ein Flussdiagramm zur Erläuterung des Betriebs der 3D-Bild-Erzeugungseinheit 1000 für SAR-Bilder gemäß der ersten Ausführungsform.

6 ein Konzeptdiagramm zur Erläuterung des Konzeptes einer Interferenzphase beim Radar mit synthetischer Apertur gemäß der ersten Ausführungsform.

7 ein Blockschaltbild zur Erläuterung des Prozesses beim Schritt ST1050 (Interferenzphasenverarbeitung) gemäß der ersten Ausführungsform.

8A bis 8C schematische Darstellungen zur Erläuterung der Relationen zwischen Topographiestreifen und der Höhe bei zwei Sätzen von SAR-Bildern gemäß der ersten Ausführungsform.

9A und 9B exemplarische Signale von jedem Pixel in einer komplexen Ebene, wenn die Topographiestreifen als komplexe Zahlen gemäß der ersten Ausführungsform verarbeitet werden.

10 ein Beispiel eines Filters gemäß der ersten Ausführungsform.

11 exemplarische Arrays entsprechend den Pixeln bei jedem Topographiestreifen gemäß der ersten Ausführungsform.

12 ein Flussdiagramm zur Erläuterung der Verarbeitung beim Schritt ST1070 (Extraktionsverarbeitung) gemäß der ersten Ausführungsform.

13 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Konzeptes beim Verkürzen in dem SAR-Bild gemäß der ersten Ausführungsform.

14A und 14B schematische Darstellungen von exemplarischen 3D-SAR-Bildern gemäß der ersten Ausführungsform.

15 ein Flussdiagramm zur Erläuterung der Verarbeitung beim Schritt ST1090 (Signalsynthese) gemäß der ersten Ausführungsform.

16 eine schematische Gesamtansicht zur Erläuterung einer Vorrichtung, die die Höhe des Streuzentrums beim SAR-Bild gemäß der zweiten Ausführungsform abschätzt.

17 ein Funktions-Blockdiagramm zur Erläuterung der Funktionen eines Interferenzphasen-Prozessors 2020 gemäß der zweiten Ausführungsform.

18 ein Funktions-Blockschaltbild zur Erläuterung der Funktionen eines Extraktionsprozessors 2040 gemäß der zweiten Ausführungsform.

19 ein Flussdiagramm zur Erläuterung des Betriebes eines Höhenabschätzungssystems 2000 für das Streuzentrum beim SAR-Bild gemäß der zweiten Ausführungsform.

20A bis 20C schematische Darstellungen zur Erläuterung von exemplarischen Variationen der Interferenzphase, der Phase von Orbitalstreifen und der Phase von Topographiestreifen, die mit den zwei SAR-Bildern in der Bodenbereichs-Richtung gemäß der zweiten Ausführungsform gebildet werden.

21 ein Flussdiagramm zur Erläuterung der Verarbeitung beim Schritt ST2020 (Interferenzphasenverarbeitung) gemäß der zweiten Ausführungsform.

22 ein Flussdiagramm zur Erläuterung der Verarbeitung beim Schritt ST2040 (Extraktionsverarbeitung) gemäß der zweiten Ausführungsform.

23 eine schematische Gesamtansicht einer Vorrichtung, welche Streuzentren bei der gleichen Höhe in den SAR-Bildern extrahiert gemäß einer dritten Ausführungsform.

24 ein Funktions-Blockdiagramm zur Erläuterung der Funktionen eines Extraktionsprozessors 3020 gemäß der dritten Ausführungsform.

25 ein Blockschaltbild zur Erläuterung der Funktionen eines GCP-Höhendaten-Detektors 3030 gemäß der dritten Ausführungsform.

26 ein Funktions-Blockdiagramm zur Erläuterung der Funktionen eines Signalsynthesizers 3040 gemäß der dritten Ausführungsform.

27 ein Flussdiagramm zur Erläuterung des Betriebs einer Extraktionseinheit 3000, die Streuzentren in der gleichen Höhe in SAR-Bildern gemäß der dritten Ausführungsform extrahiert.

28 ein Flussdiagramm zur Erläuterung der Verarbeitung beim Schritt ST3020 (Extraktionsverarbeitung) gemäß der dritten Ausführungsform.

29 eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer Interferenzphase des Radars mit synthetischer Apertur gemäß dem Stand der Technik.

Beschreibung der Ausführungsformen

Die verschiedenen Ausführungsformen, also die erste, die zweite und die dritte Ausführungsform gemäß der Erfindung werden nachstehend der Reihe nach im Einzelnen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert.

Erste Ausführungsform:

Bei der ersten Ausführungsform wird eine Verarbeitungsvorrichtung für Signale eines Radars mit synthetischer Apertur erläutert, bei der Signale verarbeitet werden, und zwar unter Verwendung von mehreren Sätzen von SAR-Bildern mit verschiedenen Basislinien (einschließlich der kartographischen Information von jedem Pixel) und der Information (Länge, Breite oder Kartenkoordinaten und Höhe) von Orbitalpositionen des Sensors, der sämtliche SAR-Bilder aufgenommen hat.

1 zeigt eine schematische Gesamtansicht zur Erläuterung einer 3D-Bild-Erzeugungseinheit 1000 einer Verarbeitungsvorrichtung 1 für Signale eines Radars mit synthetischer Apertur. Unter Bezugnahme auf 1 werden der Aufbau einer Verarbeitungsvorrichtung 1 für Signale eines Radars mit synthetischer Apertur, eine 3D-Bild-Erzeugungseinheit 1000 von SAR-Bildern sowie eine Schätzeinheit 1200 für Streuzentrumshöhen gemäß der ersten Ausführungsform erläutert.

Gemäß 1 weist die Verarbeitungsvorrichtung 1 für Signale eines Radars mit synthetischer Apertur Folgendes auf: eine 3D-Bild-Erzeugungseinheit 1000, SAR-Bilder 1010, einen GCP oder Bodenkontrollpunkt 1020, Orbitalkoordinaten 1030 sowie Streuzentrumshöhen 1040. Die 3D-Bild-Erzeugungseinheit 1000 weist eine Schätzeinheit 1200 für Streuzentrumshöhen mit einem Interferenzphasen-Prozessor 1050 und einem Extraktionsprozessor 1070 sowie einen Signalsynthesizer 1090 auf.

Der Interferenzphasen-Prozessor 1050 beseitigt einen Orbitalstreifen. Der Interferenzphasen-Prozessor 1050 empfängt zwei SAR-Bilder von den SAR-Bildern 1010, einen GCP (Bodenkontrollpunkt) 1020 sowie die Orbitalkoordinaten 1030 und gibt Topographiestreifen 1060 ab, die den Sätzen von zwei SAR-Bildern entsprechen. Der Extraktionsprozessor 1070 extrahiert Streuzentren bei spezifischen Höhen.

Der Extraktionsprozessor 1070 empfängt die Topographiestreifen 1060, die Orbitalkoordinaten 1030 und die Streuzentrumshöhen 1040 und gibt extrahierte Bilder 1080 von Streuzentren auf vorgegebenen Höhen (nachstehend als „extrahierte Bilder 1080” bezeichnet) bei vorgegebenen Höhen ab. Der Signalsynthesizer gibt ein dreidimensionales SAR-Bild ab. Der Signalsynthesizer 1090 empfängt die Streuzentrumshöhen 1040 und die extrahierten Bilder 1080 und gibt das dreidimensionale SAR-Bild 1100 ab.

Bei der ersten Ausführungsform empfängt der Interferenzphasen-Prozessor 1050 drei oder mehr SAR-Bilder von den SAR-Bildern 1010 und erzeugt zwei oder mehr Sätze von Topographiestreifen 1060. Es wird angenommen, dass sämtliche SAR-Bilder erhalten werden durch das Erfassen des gleichen Bereiches in dem gleichen Modus und bei dem gleichen Versatzwinkel vom Nadir, wobei diese einen Ausfluchtungs- oder Registrierungsprozess durchlaufen haben. Sämtliche SAR-Bilder 1010 bestehen aus mehreren Pixeln, die jeweils die kartographische Information liefern, zum Beispiel Breite, Länge oder Kartenkoordinaten.

Der GCP 1020 gibt die Daten der Koordinaten von drei oder mehr Pixeln in den SAR-Bildern 1010 an. Der GCP entspricht den bekannten Streuzentren auf der Bodenfläche, die jeweils keine Überlappung von mehreren Signalen besitzen. Die Orbitalkoordinaten 1030 sind die Daten der Orbitalposition (Breite, Länge oder Kartenkoordinaten und Höhen) des Sensors, der die SAR-Bilder 1010 aufgenommen hat.

Die Streuzentrumshöhen 1040 sind die zu extrahierenden Daten von benutzerspezifischen Höhen von Streuzentren. Der Extraktionsprozessor 1070 gibt die SAR-Bilder (also die extrahierten Bilder 1080) ab, die die Streuzentren bei den Höhen extrahiert haben, welche von den Streuzentrumshöhen 1040 vorgegeben sind. In einem Falle, in dem die Höhe des zu extrahierenden Streuzentrums bekannt ist, wird diese Höhe definiert als Streuzentrumshöhe 1040, und der Extraktionsprozessor 1070 extrahiert die Signale des Streuzentrums auf dieser Höhe.

In einem Falle, in dem die Höhe des zu extrahierenden Streuzentrums unbekannt ist, werden mehrere Höhen als Streuzentrumshöhen 1040 vorgegeben, und der Extraktionsprozessor 1070 wiederholt den Extraktionsprozess bei den vorgegebenen Höhen, um die Signale der Streuzentren bei jeder vorgegebenen Höhe zu extrahieren. Der Extraktionsprozessor 1070 gibt die extrahierten Bilder 1080 gemäß der Anzahl von Höhen ab, die von dem Benutzer vorgegeben worden sind.

2 ist ein Funktions-Blockschaltbild zur Erläuterung der Funktionen des Interferenzphasen-Prozessors 1050. Unter Bezugnahme auf 2 werden die Funktionen des Interferenzphasen-Prozessors 1050 nachstehend erläutert. Der Interferenzphasen-Prozessor 1050 weist Folgendes auf: einen SAR-Bild-Empfänger 1051, einen Korrelationsbestimmungs-Prozessor 1052, einen Phasendifferenz-Rechner 1053, einen Orbitalkoordinaten-Empfänger 1054, einen Orbitalstreifen-Rechner 1055, einen Phasensubtrahierer 1056, einen GCP-Empfänger 1057 sowie eine Bias-Beseitigungseinheit 1058.

Der SAR-Bild-Empfänger 1051 empfängt mehrere SAR-Bilder 1010, einschließlich der Signalinformation von jedem Pixel in dem SAR-Bild und der kartographischen Information von jedem Pixel in dem SAR-Bild. Die SAR-Bilder von dem identischen Ort sind von dem Radar mit synthetischer Apertur bei verschiedenen Orbitalpositionen erfasst worden.

Der SAR-Bild-Empfänger 1051 empfängt üblicherweise drei oder mehr SAR-Bilder 1010. Zur Vereinfachung der Beschreibung wird angenommen, dass der Interferenzphasen-Prozessor 1050 zwei SAR-Bilder empfängt, das heißt das SAR-Bild 1011 und das SAR-Bild 1012. Bei dem SAR-Bild 1011 und dem SAR-Bild 1012 wird angenommen, dass sie eine Basislinie B besitzen, die gleich der oder kleiner als die kritische Basislinie Bc ist, die durch den nachstehendenc Ausdruck (3) definiert ist: Bc = (λ·R·tanθ)/p·r(3), wobei r = Bodenbereichsauflösung.

Der Korrelationsbestimmungs-Prozessor 1052 gibt zwei SAR-Bilder von den SAR-Bildern 1010 vor, die von dem SAR-Bild-Empfänger 1051 empfangen worden sind, bestimmt dann, ob jedes Pixel ein Signal besitzt, das durch die Korrelationsverarbeitung unter den jeweiligen Sätzen von SAR-Bildern überlappt, und gibt dann die Resultate aus. Beispielsweise wird bestimmt, dass ein Pixel mit einer hohen Korrelation ein einzelnes Signal besitzt, während bei einem Pixel mit niedriger Korrelation bestimmt wird, dass es mehrere überlappende Signale besitzt.

Als Beispiele von Signalüberlappungen bei den Pixeln treten Effekte auf, wie zum Beispiel Überlagerungen, die möglicherweise bei einem SAR-Bild auftreten, wenn die reflektierten Signale von Gebäuden mit reflektierten Signalen vom Boden überlappen bzw. sich überlagern. Die folgenden Prozesse werden für Pixel durchgeführt, die ein einzelnes Signal besitzen.

Der Phasendifferenz-Rechner 1053 berechnet die Phasendifferenz (Interferenzphase) bei der Signalinformation für jeden Satz von Pixeln zwischen dem SAR-Bild 1011 und dem SAR-Bild 1012, die von dem SAR-Bild-Empfänger 1051 empfangen werden. Die vom Phasendifferenz-Rechner 1053 abgegebenen Daten enthalten auch die Daten der Signalamplitude.

In einem Falle, in dem die vom SAR-Bild-Empfänger 1051 empfangene Signalinformation die Daten von komplexen Zahlen enthält, gibt der Phasendifferenz-Rechner 1053 das Produkt der komplexen Zahl des Signals eines Pixels in dem einen SAR-Bild und die konjugierte komplexe Zahl des Signals des entsprechenden Pixels in dem anderen SAR-Bild aus.

Das Produkt der komplexen Zahlen besitzt einen Absolutwert, der das Produkt der Signalamplitude in den SAR-Bildern repräsentiert, und ein Argument, das eine Interferenzphase repräsentiert. Der Phasendifferenz-Rechner 1053 empfängt das SAR-Bild 1011 und das SAR-Bild 1012 und gibt die Interferenzphase und die Signalamplitude von jedem Pixel aus.

Der Orbitalkoordinaten-Empfänger 1054 empfängt die Orbitalkoordinaten 1030. Die Orbitalkoordinaten 1030 geben die Daten von zwei Orbitalpositionen (Breite, Länge oder Kartenkoordinaten und Höhen) des Sensors an, der das SAR-Bild 1011 und das SAR-Bild 1012 erfasst hat. Der Orbitalstreifen-Rechner 1055 berechnet die Phase des Orbitalstreifens für jedes Pixels unter Verwendung der kartografischen Information (Breite, Länge oder Kartenkoordinate) von jedem Pixel in dem SAR-Bild und die Orbitalpositions-Information über den Sensor, der das SAR-Bild 1011 und das SAR-Bild 1012 erfasst hat, wobei diese jeweils von dem Orbitalkoordinaten-Empfänger 1054 empfangen werden.

Der Orbitalstreifen-Rechner 1055 empfängt die kartographische Information von jedem Pixel in dem SAR-Bild und die Orbitalpositions-Information über den Sensor, der das SAR-Bild 1011 und das SAR-Bild 1012 erfasst hat und gibt dann den Orbitalstreifen des SAR-Bildes aus, und zwar unter Verwendung des Satzes aus dem SAR-Bild 1011 und dem SAR-Bild 1012.

Der Phasensubtrahierer 1056 subtrahiert den Orbitalstreifen von der Interferenzphase, wobei die Differenz als korrigierte Interferenzphase bezeichnet wird, für jedes Pixel in dem SAR-Bild unter Verwendung von den Interferenzphasen der Signale von dem SAR-Bild 1011 und dem SAR-Bild 1012, die in dem Phasendifferenz-Rechner 1053 berechnet worden sind, wobei der Orbitalstreifen den Satz von dem SAR-Bild 1011 und dem SAR-Bild 1012 verwendet, die in dem Orbitalstreifen-Rechner 1055 berechnet worden sind.

Der Phasensubtrahierer 1056 erhält die Interferenzphase und den Orbitalstreifen, der den Satz von dem SAR-Bild 1011 und dem SAR-Bild 1012 verwendet, und gibt die korrigierte Interferenzphase ab. Die Daten der korrigierten Interferenzphase enthalten die Signalamplitudendaten, die von dem Phasendifferenz-Rechner 1053 ausgegeben worden sind, und hält die Signalamplitudendaten unverändert.

In einem Fall beispielsweise, in dem der Phasendifferenz-Rechner 1053 das Produkt aus einer komplexen Zahl und einer konjugierten komplexen Zahl berechnet, hält der Phasensubtrahierer 1056 die Amplitudendaten unverändert und ändert nur das Argument der Phase.

Der GCP-Empfänger 1057 empfängt die GCP-Daten 1020, also die Daten der Koordinaten von drei oder mehr Pixeln in dem SAR-Bild 1011 und dem SAR-Bild 1012, wobei dies die Pixel von bekannten Streuzentren auf der Bodenfläche sind, die jeweils keine Überlappung mit mehreren Signalen haben. Die Bias-Beseitigungseinheit 1058 berechnet die Topographiestreifen 1060 wie folgt: Die Bias-Beseitigungseinheit 1058 erzeugt die Phasenebene, welche die Phasen von drei oder mehr GCP-Koordinaten enthält, unter Verwendung von drei oder mehr Koordinaten, welche von dem GCP-Empfänger 1057 empfangen werden, und die Verteilung der korrigierten Interferenzphasen, die von dem Phasensubtrahierer 1056 berechnet worden sind, und korrigiert dann die Phasen der Gesamtphasenebene, damit sie die gleiche Phase über die Phasenebene besitzt.

Die Bias-Beseitigungseinheit 1058 empfängt die Koordinatendaten der GCP 1020 und die korrigierten Interferenzphasen und gibt die Topographiestreifen 1060 ab. Der Topographiestreifen 1060 behält die Signalamplitudendaten, die von dem Phasensubtrahierer 1056 abgegeben werden, ohne irgendeine Änderung. In einem Falle, in dem beispielsweise der Phasendifferenz-Rechner 1053 das Produkt aus einer komplexen Zahl und einer konjugierten komplexen Zahl berechnet, hält die Bias-Beseitigungseinheit 1058 die Amplitude der komplexen Zahl unverändert und ändert nur die Phase der komplexen Zahl.

Zur Erleichterung des Verständnisses erfolgt die Beschreibung hier unter der Annahme, dass die beiden SAR-Bilder empfangen und verarbeitet werden und dass dann der eine Topographiestreifen ausgegeben wird. In der Praxis werden drei oder mehr SAR-Bilder verwendet, und zwei oder mehr Sätze von SAR-Bildern werden bei dem Korrelationsbestimmungs-Prozessor 1052 vorgegeben, um mehrere Topographiestreifen auszugeben, und zwar in Abhängigkeit von der Anzahl von Sätzen von SAR-Bildern.

3 ist ein Funktions-Blockdiagramm zur Erläuterung der Funktionen des Extraktionsprozessors 1070. Die Funktionen des Extraktionsprozessors 1070 werden nachstehend unter Bezugnahme auf 3 näher erläutert. Der Extraktionsprozessor 1070 weist Folgendes auf: einen Orbitalkoordinatenempfänger 1071, einen Orbitalparameter-Rechner 1072, einen Streuzentrumshöhen-Empfänger 1073, einen Phasenrechner 1074, einen Topographiestreifen-Empfänger 1075 sowie einen Pixelextraktor 1076.

Der Orbitalkoordinaten-Empfänger 1071 empfängt die Orbitalkoordinaten 1030, also die Daten der Orbitalposition (Breite, Länge oder Kartenkoordinaten und Höhe) des Sensors, der jedes SAR-Bild erfasst hat. Im Einzelnen empfängt der Orbitalkoordinaten-Empfänger 1071 die Orbitalpositionsinformation über den Sensor, der jeden Satz von SAR-Bildern erfasst hat, die jeden Topographiestreifen erzeugen, der von dem Topographiestreifen-Empfänger 1075 erhalten worden ist.

Der Orbitalparameter-Rechner 1072 berechnet die Höhe des Streuzentrums und den Koeffizienten der Phase (Orbitalparameter) unter Verwendung der Topographiestreifen 1060, die von dem Topographiestreifen-Empfänger 1075 empfangen worden sind, und der Orbitalpositionsinformation über den Sensor, der die beiden SAR-Bilder erfasst hat, welche die Topographiestreifen 1060 bilden, und zwar aus der gesamten Orbitalpositionsinformation über den Sensor, die von dem Orbitalkoordinaten-Empfänger 1071 empfangen worden sind. Der Orbitalparameter-Rechner 1072 empfängt die Topographiestreifen 1060 und die Orbitalpositionen des Sensors, und gibt die Orbitalparameter für jeden Topographiestreifen ab.

Der Streuzentrums-Empfänger 1073 empfängt die Streuzentrumshöhen 1040, also die zu extrahierenden benutzerspezifischen Höhen der Streuzentren. In einem Falle, in dem die Höhe des zu extrahierenden Streuzentrums bekannt ist, wird diese Höhe definiert als Streuzentrumshöhe 1040, und der Extraktionsprozessor 1070 extrahiert die Signale des Streuzentrums auf dieser Höhe. In einem Falle, in dem die Höhe des zu extrahierenden Streuzentrums unbekannt ist, werden mehrere Höhen als Streuzentrumshöhen 1040 vorgegeben und der Extraktionsprozessor 1070 wiederholt den Extraktionsprozess bei jeder vorgegebenen Höhe, um die Signale der Streuzentren bei jeder vorgegebenen Höhe zu extrahieren.

Der Extraktionsprozessor 1070 gibt die extrahierten Bilder 1080 in Abhängigkeit von der Anzahl von den vom Benutzer vorgegebenen Höhen aus. Um das Verständnis der Beschreibung zu erleichtern, wird bei der Beschreibung des Extraktionsprozessors 1070 angenommen, dass die Streuzentrumshöhen 1040 als eine Kombination spezifiziert oder vorgegeben sind.

Der Phasenrechner 1074 berechnet die Phase des Topographiestreifens des zu extrahierenden Streuzentrums für jeden Satz von SAR-Bildern, die jeweilige Topographiestreifen erzeugen, und zwar unter Verwendung der Orbitalparameter, die von dem Orbitalparameter-Rechner 1072 berechnet werden, und den Streuzentrumshöhen 1040, die beim Streuzentrumshöhen-Empfänger 1073 empfangen werden. Der Phasenrechner 1074 empfängt die Höhe des Streuzentrums und den Orbitalparameter, und gibt die Phase des Topographiestreifens des zu extrahierenden Streuzentrums aus.

Der Topographiestreifen-Empfänger 1075 empfängt mehrere Topographiestreifen 1060, die von dem Interferenzphasen-Prozessor 1050 ausgegeben werden. Der Pixelextraktor 1076 extrahiert die Pixel der Streuzentren an der vorgegebenen Höhe unter Verwendung des Topographiestreifens, der bei dem Topographiestreifen-Empfänger 1075 empfangen wird, und der Phase des Topographiestreifens des zu extrahierenden Streuzentrums, die in dem Phasenrechner 1074 berechnet wird. Der Pixelextraktor 1076 extrahiert die Pixel mit den Phasen, die dicht bei der Phase liegen, die von dem Phasenrechner 1074 empfangen worden ist, und zwar für jeden Topographiestreifen, der in dem Topographiestreifen-Empfänger 1075 empfangen wird.

Der Pixelextraktor 1076 wiederholt den gleichen Prozess für jeden Topographiestreifen, und die Pixel werden extrahiert, indem sämtliche Topographiestreifen verwendet werden, um die extrahierten Bilder der Streuzentren an den vorgegebenen Höhen zu erzeugen. Der Pixelextraktor 1076 empfängt den Topographiestreifen und die Phase des Topographiestreifens des zu extrahierenden Streuzentrums, und gibt die extrahierten Bilder 1080 aus.

Um das Verständnis der Beschreibung zu erleichtern, sind in der obigen Beschreibung die Streuzentrumshöhen spezifiziert als eine Kombination, und die extrahierten Bilder 1080 von Streuzentren bei vorgegebenen Höhen werden als ein Typ von Bildern ausgegeben. In der Praxis werden mehrere extrahierte Bild 1080 ausgegeben, und zwar in Abhängigkeit von der Anzahl von den Höhen, die als Streuzentrumshöhen 1040 vorgegeben werden.

4 ist ein Funktions-Blockdiagramm zur Erläuterung der Funktionen des Signalsynthesizers 1090. Die Funktionen des Signalsynthesizers 1090 werden nachstehend unter Bezugnahme auf 4 näher erläutert. Der Signalsynthesizer 1090 weist Folgendes auf: einen Empfänger 1091 für extrahierte Bilder eines Streuzentrums bei einer vorgegebenen Höhe, nachstehend kurz bezeichnet als „Empfänger 1091 für extrahierte Bilder”, einen Streuzentrumshöhen-Empfänger 1092, einen Verkürzungskorrektor 1093 sowie einen Daten-Synthesizer 1094.

Der Empfänger 1091 für extrahierte Bilder empfängt die extrahierten Bilder 1080, die von dem Extraktionsprozessor 1070 ausgegeben werden. Der Streuzentrumshöhen-Empfänger 1092 empfängt die Streuzentrumshöhen 1040. Die Streuzentrumshöhen 1040 entsprechen den extrahierten Bildern 1080, die von dem Empfänger 1091 für extrahierte Bilder empfangen werden.

Der Verkürzungskorrektor 1093 korrigiert die Verzerrung des SAR-Bildes, die hervorgerufen wird durch eine Verkürzung für jedes extrahierte Bild 1080 bei der entsprechenden Streuzentrumshöhe 1040, und zwar unter Verwendung von mehreren extrahierten Bildern, die von dem Empfänger 1091 für extrahierte Bilder empfangen werden, und der Streuzentrumshöhen 1040, die bei dem Streuzentrumshöhen-Empfänger 1092 empfangen werden.

Der Verkürzungskorrektor 1093 empfängt die Streuzentrumshöhen 1040 und die extrahierten Bilder der Streuzentren an den vorgegebenen Höhen, und gibt die extrahierten Bilder der Streuzentren nach der Korrektur hinsichtlich der Verkürzung aus.

Der Datensynthesizer überlagert die extrahierten Bilder der Streuzentren nach der Korrektur hinsichtlich der Verkürzung der Streuzentrumshöhen 1040, um ein dreidimensionales SAR-Bild 1100 zu erzeugen, und zwar unter Verwendung der extrahierten Bilder der Streuzentren nach der Korrektur hinsichtlich der Verkürzung, die von dem Verkürzungskorrektor 1093 korrigiert worden sind, und der Streuzentrumshöhen 1040, die von dem Streuzentrumshöhen-Empfänger 1092 empfangen werden. Der Datensynthesizer 1094 empfängt die Höhen der Streuzentren und die extrahierten Bilder der Streuzentren nach der Korrektur hinsichtlich der Verkürzung, und gibt das dreidimensionale SAR-Bild 1100 aus.

5 zeigt ein Flussdiagramm zur Erläuterung des Betriebs der 3D-Bild-Erzeugungseinheit 1000 für SAR-Bilder gemäß der ersten Ausführungsform. Der Betrieb der 3D-Bild-Erzeugungseinheit 1000 für SAR-Bilder gemäß der ersten Ausführungsform wird nachstehend unter Bezugnahme auf 5 näher erläutert.

Wie in 5 angegeben, arbeitet die 3D-Bild-Erzeugungseinheit 1000 für SAR-Bilder gemäß der ersten Ausführungsform in drei Hauptschritten. Im Schritt ST1050 (Interferenzphasen-Verarbeitung) erzeugt der Interferenzphasen-Prozessor 1050 die Topographiestreifen 1060 unter Verwendung von dem SAR-Bild 1011, dem SAR-Bild 1012, den GCP-Daten 1020 und den Orbitalkoordinaten 1030.

Im Schritt ST1070 (Extraktionsverarbeitung) gibt der Extraktionsprozessor 1070 die extrahierten Bilder 1080 aus, und zwar unter Verwendung der Topographiestreifen 1060, der Orbitalkoordinaten 1030 und der Streuzentrumshöhen 1040. Im Schritt ST1090 (Signalsynthese) gibt der Signalsynthesizer 1090 das dreidimensionale SAR-Bild 1100 unter Verwendung der extrahierten Bilder 1080 aus.

6 zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Konzeptes einer Interferenzphase in dem Radar mit synthetischer Apertur gemäß der ersten Ausführungsform Unter Bezugnahme auf 6 wird das Konzept des Schrittes ST1050 (Interferenzphasen-Verarbeitung) näher erläutert. Ziel des Schrittes ST1050 ist es, einen Topographiestreifen aus zwei SAR-Bildern zu erzeugen. Die Interferenzphase, der Orbitalstreifen und der Topographiestreifen für jedes Pixel in dem SAR-Bild werden nachstehend erläutert.

In 6 wird davon ausgegangen, dass sich eine Plattform bezüglich der Zeichnungsebene von vorn nach hinten bewegt, was die Azimut-Richtung angibt, die bezüglich der Zeichnungsebene von vorn nach hinten gerichtet ist. Die Richtung des Pfeiles ist die Bodenbereichs-Richtung, welche der Richtung der Funkwellenausbreitung entspricht.

Die reflektierten Signale von einem Streuzentrum α in dem SAR-Bild werden nachstehend diskutiert unter der Annahme, dass eine SAR-Sensorplattform, zum Beispiel ein künstlicher Satellit, zwei SAR-Bilder an den Orbitalpositionen k1 bzw. k2 erfasst hat. Die Orbitalposition k2 hat eine andere Position als die Orbitalposition k1. In der Theorie ist die Phasendifferenz φs (Interferenzphase) der reflektierten Signale von dem Streuzentrum α zwischen den beiden SAR-Bildern definiert durch den Ausdruck (4).

φs = W{(2·p·π·(r1 – r2))/λ}(4),wobei

  • r1: Distanz zwischen der Plattform k1 und dem Streuzentrum α
  • r2: Distanz zwischen der Plattform k2 und dem Streuzentrum α.

Wie im Ausdruck (4) angegeben, ist die Phasendifferenz φs (Interferenzphase) der reflektierten Signale proportional zu der Differenz der Abstände r1 – r2, also der Differenz zwischen der Distanz von der Plattform k1 zu dem Streuzentrum α und der Distanz von der Plattform k2 zu dem Streuzentrum α. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Phase einen Wert hat, der mit 2π multipliziert ist.

Die Phasendifferenz φg (sogenannter Orbitalstreifen) der reflektierten Signale von dem Streuzentrum zwischen den beiden SAR-Bildern wird in ähnlicher Weise definiert unter der Annahme, dass ein virtuelles Streuzentrum in einer Position α auf der Bodenfläche vorhanden ist, die der Position α des Streuzentrums entspricht. Dieser Orbitalstreifen φg ist definiert durch den Ausdruck (5): φg = W{(2·p·π·(r'1 – r'2))/λ}(5)wobei

r'1:
Distanz zwischen der Plattform k1 und dem Streuzentrum α', und
r'2:
Distanz zwischen der Plattform k2 und dem Streuzentrum α'.

Die Distanzen r'1 und r'2 können berechnet werden unter Verwendung der bekannten Positionsinformation über die Orbitalkoordinaten und die bekannte kartographische Information über sämtliche SAR-Bilder; damit ist es möglich, mit dem Ausdruck (5) den Wert des Orbitalstreifens φg zu berechnen.

7 zeigt ein Flussdiagramm zur Erläuterung der Verarbeitung beim Schritt ST1050 (Interferenzphasen-Verarbeitung). Die Verarbeitung beim Schritt ST1050 wird nachstehend unter Bezugnahme auf 7 im Einzelnen erläutert. Wie in 7 angegeben, beinhaltet der Schritt ST1050 eine Schleifenverarbeitung der Schleife LP11. Die Schleife LP11 wiederholt die Schleifenverarbeitung für jeden Satz von den SAR-Bildern. In der nachstehenden Beschreibung enthalten die empfangenen SAR-Bilder 1010 drei oder mehr SAR-Bilder und schaffen somit mehrere Kombinationen von SAR-Bildern.

Die Schleife LP11 wiederholt die Schleifenverarbeitung gemäß der Anzahl von Kombinationen von SAR-Bildern. Beim Schritt ST1052 (Korrelation und Bestimmung) empfängt der SAR-Bild-Empfänger 1051 mehrere SAR-Bilder des identischen Ortes, die von einem Radar mit synthetischer Apertur bei verschiedenen Orbitalpositionen erfasst werden. Der Korrelationsbestimmungs-Prozessor 1052 korreliert die beiden SAR-Bilder, um zu bestimmen, ob das jeweilige Pixel eine Signalüberlappung besitzt.

Wenn das Signal eines Pixels ein reflektiertes Signal von einem Streuzentrum ist, dann ist das Pixel von dem einen der SAR-Bilder korreliert mit dem entsprechenden Pixel des anderen SAR-Bildes. Wenn das Signal von dem Pixel mehrere Signalkomponenten enthält, aufgrund von irgendwelchen Gründen, wie zum Beispiel Überlagerungen, dann haben die Pixel keine Korrelation unter den SAR-Bildern. Der Korrelationsbestimmungs-Prozess bestimmt, ob das jeweilige Pixel eine einzelne Signalkomponente oder zwei oder mehr Signalkomponenten besitzt, und gibt die Koordinaten des interessierenden Pixels mit einer einzigen Komponente für die anschließende Verarbeitung aus.

Beim Schritt ST1053 (Berechnung der Phasendifferenz) berechnet der Phasendifferenz-Rechner 1053 die Phasendifferenz φs zwischen dem interessierenden Pixel von dem einen der beiden SAR-Bilder und dem entsprechenden Pixel des anderen SAR-Bildes, wobei die interessierenden Pixel im Schritt ST1052 bestimmt werden (Korrelation und Bestimmung), und berechnet die Interferenzphase von jedem Pixel und die Signalamplitude des Pixels.

In einem Falle, in dem beispielsweise die von dem SAR-Bild-Empfänger 1051 empfangene Signalinformation die Daten von komplexen Zahlen enthält, gibt der Phasendifferenz-Rechner 1053 das Produkt aus der komplexen Zahl des Signals eines Pixels in dem einen SAR-Bild und der konjugierten komplexen Zahl des Signals des entsprechenden Pixels in dem anderen SAR-Bild aus. Die komplexe Zahl des Produktes hat einen Absolutwert, der das Produkt der Signalamplituden in den SAR-Bildern repräsentiert, und ein Argument, das die Interferenzphase φs repräsentiert.

Beim Schritt ST1055 (Berechnung des Orbitalstreifens) empfängt der Orbitalkoordinaten-Empfänger 1054 die Orbitalpositionsinformation (Breite, Länge oder Kartenkoordinaten und Höhe) des Sensors, der die beiden SAR-Bilder erfasst hat. Der Orbitalstreifen-Rechner 1055 berechnet die Phase des Orbitalstreifens φg für das jeweilige Pixel mit dem Ausdruck (5), und zwar unter Verwendung der kartographischen Information (Breite, Länge oder Kartenkoordinate) von jedem Pixel in den empfangenen zwei SAR-Bildern, der Orbitalpositionsinformation über den Sensor, der die beiden SAR-Bilder erfasst hat, welche von dem Orbitalkoordinaten-Empfänger 1054 empfangen worden sind, und der Satelliteninformation (Wellenlänge λ der abgestrahlten Funkwelle), und erzeugt den Orbitalstreifen φg für jedes Pixel.

Beim Schritt ST1056 (Phasensubtraktion) empfängt der Phasensubtrahierer 1056 die Interferenzphase für jedes Pixel (die Phase φs und die Signalamplitude des Pixels), die in dem Schritt ST1053 (Berechnung der Phasendifferenz) berechnet worden ist, und den Orbitalstreifen φg, der in dem Schritt ST1055 (Berechnung des Orbitalstreifens) berechnet worden ist.

Der Phasensubtrahierer 1056 berechnet die Phasendifferenz (φs – φg), die als φc definiert wird. Der Phasensubtrahierer 1056 berechnet die korrigierte Interferenzphase für jedes Pixel (die Phase φc und die Signalamplitude des Pixels), und zwar unter Verwendung des Wertes φc unter der Signalamplitude der Interferenzphase. Die korrigierte Interferenzphase behält die Daten der Signalamplitude, die von dem Phasendifferenz-Rechner 1053 ausgegeben wird, ohne irgendeine Änderung.

In einem Falle, in dem beispielsweise der Phasendifferenz-Rechner 1053 das Produkt einer komplexen Zahl und einer konjugierten komplexen Zahl berechnet, wird im Schritt ST1056 der Absolutwert der komplexen Zahl unverändert beibehalten, das Argument von φs geändert in φs – φg, und die resultierende komplexe Zahl ausgegeben.

Beim Schritt ST1058 (Beseitigung der Bias-Phasenkomponente) empfängt der GCP-Empfänger 1057 die GCP-Daten, also die Koordinaten von den drei Pixeln der bekannten Streuzentren auf der gleichen Höhe in dem SAR-Bild. Die Bias-Beseitigungseinheit 1058 erzeugt eine Phasenebene φb, welche die Phasen φc der GCP-Koordinaten bei den GCP-Koordinaten der drei Pixel von sämtlichen Pixeln in dem SAR-Bild enthält, und zwar unter Verwendung der korrigierten Interferenzphase für jedes Pixel (die Phase φc und die Signalamplitude des Pixels).

Die Bias-Beseitigungseinheit 1058 subtrahiert die Phasenebene φb von der Phase φc oder berechnet die Phase φz für sämtliche Pixel, so dass die GCP-Koordinaten die gleiche Phasen haben, und gibt den Topographiestreifen 1060 für jedes Pixel aus (die Phase φz und die Signalamplitude des Pixels). In der Theorie ist die Phase φz des Topographiestreifens durch den nachstehenden Ausdruck (6) definiert: φz = W{(2·π·p·B/λ·R·sinθ)·z}(6)wobei die Phase φz des Topographiestreifens im Verhältnis zu der Höhe z des Streuzentrums steht. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Phase einen Wert modulo 2π besitzt. Alle Streuzentren auf der gleichen Höhe z haben den gleichen Wert der Phase φz des korrigierten Topographiestreifens.

Es ist darauf hinzuweisen, dass beim Schritt ST1058, wie beim Schritt ST1056, die Daten ausgegeben werden, welche die Signalamplitudendaten behalten, welche von dem Phasendifferenz-Rechner 1053 ausgegeben werden, und zwar ohne jede Änderung. In einem Falle, in dem beispielsweise der Phasendifferenz-Rechner 1053 das Produkt aus einer komplexen Zahl und einer konjugierten komplexen Zahl berechnet, wird beim Schritt ST1058 der Absolutwert der komplexen Zahl unverändert beibehalten, das Argument des Wertes φc ersetzt durch den Wert φc – φb, und die resultierende komplexe Zahl ausgegeben.

Beim Schritt ST1050 (Interferenzphasen-Verarbeitung) wird die Phase des Topographiestreifens und die Signalamplitude von jedem Pixel in dem Bild für jeden Satz der SAR-Bilder ausgegeben. Damit sind die wesentlichen Angaben für die Verarbeitung beim Schritt ST1050 (Interferenzphasen-Verarbeitung) angegeben.

Das Konzept beim Schritt ST1070 (Extraktionsverarbeitung) wird nachstehend erläutert. Zur Erleichterung des Verständnisses wird die Verarbeitung für eine spezifische Phase φz1 in dem einen Topographiestreifen und eine spezifische Phase φz2 in einem anderen Topographiestreifen erläutert. 8A bis 8C zeigen die Relationen zwischen den Topographiestreifen und den Höhen in den beiden Sätzen von SAR-Bildern.

Wie im Ausdruck (6) angegeben, steht die Phase φz des Topographiestreifens im Verhältnis zu der Höhe z des Streuzentrums. Bei der herkömmlichen Technik ist, wie im Ausdruck (7) angegeben, die Höhe z0 abgeschätzt unter Verwendung der Phase φz0 des Topographiestreifens des Streuzentrums in dem beobachteten SAR-Bild. Da jedoch die Phase φz0 des Topographiestreifens modulo 2π zu verstehen ist, gibt es mehrere Lösungen für die Höhe z0 (Höhen-Mehrdeutigkeit). φz0 = W {(2·π·p·B/λ·R· sinθ)·z0}(7).

Im Gegensatz dazu wird bei der ersten Ausführungsform der Topographiestreifen φz0, der der Höhe entspricht, erst berechnet, wenn die Höhe z0 spezifiziert ist und die Streuzentren extrahiert worden sind, welche die Phase z0 des Topographiestreifens haben, die gleich der Phase φz0 in dem SAR-Bild ist. In einem Falle, in dem die Höhe des zu extrahierenden Streuzentrums bekannt ist, wird diese Höhe definiert als die Höhe z0, und die Signale der Streuzentren bei der spezifizierten Höhe z0 werden in dem folgenden Prozess extrahiert. In einem Falle, in dem die Höhe des zu extrahierenden Streuzentrums unbekannt ist, werden mehrere Höhen z0 vorgegeben und die Signale der Streuzentren bei jeder spezifizierten Höhe z0 werden bei den vorgegebenen Höhen z0 in dem anschließenden Prozess extrahiert.

Unter Bezugnahme auf 8A bis 8C wird die Extraktion der Streuzentren bei den vorgegebenen Höhen erläutert, die durchgeführt wird unter Verwendung eines Satzes von SAR-Bildern mit der Basislinie B1 und eines anderen Satzes von SAR-Bildern mit der Basislinie B2.

8A zeigt die Relation zwischen dem Topographiestreifen φz1 und der Höhe in dem Satz von zwei SAR-Bildern, welche die Basislinie B1 besitzen. Diese Relation wird repräsentiert durch den Ausdruck (6). In einem Fall, in dem der Satz von SAR-Bildern mit der Basislinie B1 verwendet wird, wird die Phase des Topographiestreifens φz1 entsprechend der Höhe z0 mit dem Ausdruck (7) berechnet und als φ01 definiert.

8B zeigt die Relation zwischen dem Topographiestreifen φz2 und der Höhe in dem Satz von zwei SAR-Bildern mit der Basislinie B2, die von der Basislinie B1 verschieden ist. Diese Relation erfüllt die Relation zwischen der Phase des Topographiestreifens und der Höhe des Streuzentrums im Ausdruck (6). Da die Länge unterschiedlich ist zwischen der Basislinie B1 und der Basislinie B2, ist ersichtlich, dass der Zyklus zwischen 8A und 8B unterschiedlich ist. In einem Fall, in dem der Satz von SAR-Bildern mit der Basislinie B2 verwendet wird, wird die Phase des Topographiestreifens φz2, die der Höhe z0 entspricht, mit dem Ausdruck (7) berechnet und als φ02 definiert.

8C ist eine Überlappung von 8A und 8B, wobei der Topographiestreifen φ01 und der Topographiestreifen φ02 an der gleichen Position auf der horizontalen Achse des Topographiestreifens ausgefluchtet sind. Es ist ersichtlich, dass nur die Höhe z0 die Phase φ01 in dem Topographiestreifen φz1 der Basislinie B1 und die Phase φ02 in dem Topographiestreifen φz2 der Basislinie B2 besitzt. Die Pixel werden dann aus all den Pixeln extrahiert, welche die Phase φ01 in dem korrigierten Topographiestreifen φz1 und die Phase φ02 in dem korrigierten Topographiestreifen φz2 besitzen.

In einem Falle, in welchem die Daten der Topographiestreifen aus irgendwelchen Gründen fehlerhafte Daten enthalten, wie zum Beispiel Signalrauschen, wird der Bereich der zu extrahierenden spezifischen Phase ausgedehnt, um die fehlerhaften Daten abzudecken. Beispielsweise reichen die zu extrahierenden spezifischen Phasen für alle diese Pixel φ01 – Δφ1 bis φ01 + Δφ1 für den Topographiestreifen φz1 und von φ02 – Δφ2 bis φ02 + Δφ2 für den Topographiestreifen φz2. Die Werte von Δφ1 und Δφ2 können beispielsweise die Abweichungen in der Verteilung der Phase für jeden Topographiestreifen sein.

Beim Schritt ST1070 (Extraktionsverarbeitung) wird in ähnlicher Weise der oben beschriebene Prozess für die Topographiestreifen von anderen Sätzen von SAR-Bildern wiederholt, welche andere Basislinien B besitzen.

9A und 9B zeigen exemplarische Signale in jedem Pixel in einer komplexen Ebene, wenn der Topographiestreifen als komplexe Zahl verarbeitet wird. Eine beispielhafte Methode zur Durchführung des Schrittes ST1070 wird nachstehend unter Bezugnahme auf 9A und 9B erläutert. Zur Erleichterung des Verständnisses wird bei dieser Beschreibung die Verarbeitung von zwei verschiedenen Topographiestreifen diskutiert.

Der Topographiestreifen 1060, ausgegeben im Schritt ST1050 (Interferenzphasen-Verarbeitung), enthält die Information über die Signalamplitude und die Phase von jedem Pixel in dem SAR-Bild. Der Topographiestreifen von jedem Pixel ist definiert als eine komplexe Zahl v, die einen Absolutwert besitzt, welcher die Signalamplitude repräsentiert, sowie ein Argument, dass die Phase φz repräsentiert.

In einem Fall, in dem ein Satz von SAR-Bildern mit der Basislinie B1 verwendet wird, wird die spezifische Phase φz1 des Topographiestreifens mit dem Ausdruck (7) berechnet, entsprechend der Höhe z0, und als φ01 definiert. Der Topographiestreifen des Satzes von SAR-Bildern mit der Basislinie B1 besitzt die komplexe Zahl v1. Das Argument des Topographiestreifens v1 wird verlagert um φ01 – φ' für sämtliche Pixel, so dass die Pixel mit dem Argument 901 ein festes Argument φ' besitzen.

In einem Fall, in dem ein Satz von SAR-Bildern mit der Basislinie B2 verwendet wird, wird die spezifische Phase φz2 des Topographiestreifens mit dem Ausdruck (7) berechnet, was der Höhe z0 entspricht, und als φ02 definiert. Der Topographiestreifen des Satzes von SAR-Bildern mit der Basislinie B2 besitzt die komplexe Zahl v2. Das Argument des Topographiestreifens v2 wird verlagert um φ02 – φ' für sämtliche Pixel, so dass die Pixel mit dem Argument φ02 ein festes Argument φ' besitzen.

Nach dem Verlagerungsprozess des Arguments besitzen die komplexen Zahlen der Pixel das Argument φ', wie in 9A dargestellt, wenn sie die reflektierten Signale von den Streuzentren bei der spezifizierten Höhe in dem SAR-Bild repräsentieren, bei dem Topographiestreifen mit jeder Basislinie. Die komplexen Zahlen der Pixel haben nicht das Argument φ', wie in 9B angegeben, wenn sie reflektierte Signale von Streuzentren bei einer anderen Höhe als der Höhe z0 in dem SAR-Bild repräsentieren, und die gleichen Pixel haben unterschiedliche Argumente in Abhängigkeit von dem Topographiestreifen, und zwar in dem Topographiestreifen für jede Basislinie.

Die Summe der komplexen Zahlen von mehreren Topographiestreifen wird dann für jedes Pixel berechnet. Die Summe kann ferner geteilt werden durch die Anzahl von Topographiestreifen, um den Durchschnitt zu berechnet. Wie in 9A dargestellt, haben sämtliche komplexen Zahlen der Pixel, welche die reflektierten Signale von Streuzentren bei der spezifizierten Höhe z0 in dem SAR-Bild repräsentieren, das gleiche Argument φ' in mehreren Topographiestreifen für jedes Pixel.

Die Berechnung des Durchschnitts bewirkt, dass die komplexe Zahl nahezu das gleiche Signal repräsentiert wie das ursprüngliche Signal vor der Aufsummierung, und das Argument liegt dicht bei φ'. Wie in 9B dargestellt, haben die komplexen Zahlen der Pixel, welche die reflektierten Signale von Streuzentren bei anderen Höhen als der Höhe z0 dem SAR-Bild repräsentieren, unterschiedliche Argumente in den mehreren Topographiestreifen für jedes Pixel. Die Berechnung der Summe bewirkt, dass die komplexen Zahlen miteinander Wechselwirken, und somit wird die Amplitude kleiner als die des ursprünglichen Signals, wobei das Argument nicht notwendigerweise dicht bei φ' liegt.

Schließlich wird eine Filterung der Phase durchgeführt, um die Signale zu extrahieren, die das Argument φ' besitzen. 10 ist ein Beispiel für ein Filter, um die Signale mit dem Argument φ' zu extrahieren. Wie in 10 angegeben, umfassen die Beispiele der Filterform solche Formen, wie zum Beispiel ein rechteckiges Fenster oder ein Gauss-Fenster. Wie in 9A angegeben, wird das Signal von dem Streuzentrum bei der Höhe z0 in dem SAR-Bild nach der Filterung beibehalten, weil das Argument des Signals dicht bei dem Argument φ' liegt.

Wie in 9B angegeben, wird das Signal von dem Streuzentrum bei anderen Höhen als der Höhe z0 in dem SAR-Bild durch die Filterung beseitigt, weil das Argument des Signals nicht dicht bei dem Argument φ' liegt. Daher werden nur die Streuzentren bei der spezifizierten Höhe z0 extrahiert.

Um das Verständnis der Beschreibung zu erleichtern, werden die oben angegebenen Prozesse durchgeführt unter Verwendung von zwei Sätzen von Topographiestreifen. Die gleichen Verarbeitungsprozesse werden durchgeführt für Topographiestreifen von anderen Sätzen von SAR-Bildern für eine andere Basislinie B.

11 zeigt exemplarische Arrays, die den Pixeln von jedem Topographiestreifen entsprechen. Unter Bezugnahme auf 11 wird nachstehend eine andere beispielhafte Methode zur Durchführung des Schritt ST1070 erläutert. Bei diesem Verfahren werden die Arrays erzeugt, die der Anzahl von den Pixeln von jedem Topographiestreifen entsprechen, und es erfolgt eine Berechnung der logischen Multiplikation von jedem Element unter den Arrays.

Der Topographiestreifen 1060 enthält die Signalphaseninformation von jedem Pixel in dem SAR-Bild. Es wird nur die Information der Phase φz von jedem Pixel verwendet. Zur Erleichterung des Verständnisses wird nachstehend die Verarbeitung von zwei Topographiestreifen erläutert. Wie in 11 dargestellt, werden zwei Arrays erzeugt, nämlich das Array 1 und das Array 2, welche die gleiche Anzahl von Pixeln wie das SAR-Bild für jeden Topographiestreifen besitzen.

In einem Falle, in dem ein Satz von den SAR-Bildern mit der Basislinie B1 verwendet wird, wird die spezifische Phase φz1 des Topographiestreifens, der der Höhe z0 entspricht, berechnet für jedes Pixel der Bilder, und zwar mit dem Ausdruck (7). Die Elemente des Arrays, die den Pixeln des SAR-Bildes entsprechen, welche die Phase φ01 besitzen, haben einen Wert „1” (dies betrifft einen Fall, in welchem die Phase fehlerhafte Daten besitzt, wobei die Pixel des SAR-Bildes eine Phase haben, die von φ01 – Δφ1 bis φ01 + Δφ1 reicht); und die Element des Arrays, die den Pixeln des SAR-Bildes entsprechen, die keine Phase besitzen, die von φ01 – Δφ1 bis φ01 + Δφ1 reicht, haben einen Wert von „0” (Array 1).

In ähnlicher Weise gilt Folgendes: In einem Falle, in dem ein Satz der SRA-Bilder mit der Basislinie B2 verwendet wird, wird die spezifische Phase φz2 des Topographiestreifens, der der Höhe z0 entspricht, berechnet für jedes Pixel der Bilder, und zwar unter Verwendung des Ausdrucks (7). Die Elemente des Arrays, die den Pixeln des SAR-Bildes entsprechen, der die Phase φ02 besitzt, haben einen Wert von „1” (dies gilt für einen Fall, in dem die Phase fehlerhafte Daten besitzt, wobei die Pixel des SAR-Bildes eines Phase haben, die von φ02 – Δφ2 bis φ02 + Δφ2 reicht); und die Elemente des Arrays, die den Pixeln des SAR-Bildes entsprechen, die keine Phase haben, die zwischen φ02 – Δφ2 und φ02 + Δφ2 liegt, haben einen Wert „0” (Array 2).

Das Array 1 wird ferner mit dem Array 2 für jedes Element multipliziert (logische Multiplikation). Der resultierende Wert 1 des Elementes gibt an, dass die Phase φz1 einen Wert „φ01” besitzt (in einem Falle, in dem die Phase fehlerhafte Daten enthält, beispielsweise einen Wert, der zwischen φ01 – φ41 und φ01 + φ41 liegt), und die Phase φz2 hat einen Wert „φ02” (in einem Fall, wo die Phase fehlerhafte Daten enthält, beispielsweise einen Wert zwischen φ02 – Δφ2 und φ02 + Δφ2).

Die Amplitude des Topographiestreifens des Pixels kann extrahiert werden als Signal von dem Streuzentrum bei einer Höhe z0, wenn das entsprechende Element in dem Array den Wert „1” besitzt. Um das Verständnis der Beschreibung zu erleichtern, werden die obigen Prozesse durchgeführt unter Verwendung von zwei Sätzen von Topographiestreifen. Die gleichen Verarbeitungsvorgänge werden durchgeführt für die Topographiestreifen von einem anderen Satz von SAR-Bildern, die andere Basislinien B aufweisen.

12 ist ein Flussdiagramm zur Erläuterung der Verarbeitung im Schritt ST1070 (Extraktionsverarbeitung). Die Verarbeitung im Schritt ST1070 (Extraktionsverarbeitung) wird nachstehend unter Bezugnahme auf 12 näher erläutert. Wie in 12 dargestellt, enthält der Schritt ST1070 zwei Schleifenprozesse, also eine Schleife LP12 und eine Schleife LP13. Die Schleife LP12 wiederholt die Verarbeitung für jede Höhe, die im Schritt ST1073 spezifiziert worden ist, oder die Schleife LP12 wiederholt die Verarbeitung bei den Höhen, die im Schritt ST1073 spezifiziert worden sind. Die Schleife LP13 wiederholt die Verarbeitung für jeden Satz von SAR-Bildern, welche eine Interferenzwelle erzeugen, oder die Schleife LP13 wiederholt die Verarbeitung gemäß der Anzahl von Sätzen von SAR-Bildern.

Im Schritt ST1073 (Höhenentscheidung) empfängt der Streuzentrumshöhen-Empfänger 1073 die benutzerspezifischen Höhen z0 der zu extrahierenden Streuzentren. In einem Falle, in dem die Höhe des zu extrahierenden Streuzentrums bekannt ist, wird diese Höhe definiert als Höhe z0, und die Verarbeitung der Schleife LP12 wird durchgeführt. In einem Falle, in dem die Höhe des zu extrahierenden Streuzentrums nicht bekannt ist, werden mehrere Höhen z0 vorgegeben, und die Verarbeitung der Schleife LP12 wird wiederholt für jede spezifizierte Höhe, um die Signale der Streuzentren für jede Höhe z0 zu extrahieren.

Im Schritt ST1072 (Berechnung der Orbitalparameter) empfängt der Orbitalkoordinaten-Empfänger 1071 die Orbitalpositionsinformation (Breite, Länge oder Kartenkoordinaten und Höhe) des Sensors, der die beiden SAR-Bilder erfasst hat, welche den Topographiestreifen erzeugen, der von dem Topographiestreifen-Empfänger 1075 empfangen. Der Orbitalparameter-Rechner 1072 berechnet die Distanz R von dem Zentrum zwischen den Orbitalpositionen der beiden Sensoren zu dem Zentrum des Bildes, den Versatzwinkel 0 vom Nadir sowie den Parameter der Basislinie B und der Verwendung der empfangenen Orbitalpositionsinformation über den Sensor, und berechnet jeden Orbitalparameter m gemäß dem nachstehenden Ausdruck (8): m = 2·π·p·B/λ·R·sinθ(8).

Im Schritt ST1074 (Höhe-in-Phase Umwandlung) bestimmt der Phasenrechner 1074 die Phase φz0 des Topographiestreifens des zu extrahierenden Streuzentrums für jeden Satz von SAR-Bildern, und zwar unter Verwendung des im Schritt ST1072 ausgegebenen Orbitalparameters m und der im Schritt ST1073 spezifizierten Extraktionshöhe z0, und gibt die Phase φz0 aus. Die Phase φz0 wird berechnet mit dem Ausdruck (9): φz0 = W{m·z0}(9).

Im Schritt ST1076 (Pixelextraktion) empfängt der Topographiestreifen-Empfänger 1075 mehrere Topographiestreifen 1060, die im Schritt ST1050 ausgegeben werden. Der Pixelextraktor 1076 extrahiert die Streuzentren an den spezifizierten Höhen unter Verwendung der Daten, die vom Phasenrechner 1074 und dem Topographiestreifen-Empfänger 1075 erhalten werden. Der Pixelextraktor 1076 extrahiert die Pixel mit den Phasen, die dicht bei der Phase φz0 liegen, die von dem Phasenrechner 1074 erhalten werden, und zwar gemäß den Verfahren, die vorstehend anhand von 8, 9, 10 und 11 erhalten worden sind, für jeden Datensatz von mehreren Topographiestreifen, die von dem Topographiestreifen-Empfänger 1075 empfangen werden. Der Pixelextraktor 1076 wiederholt den gleichen Vorgang für sämtliche Topographiestreifen, definiert die Pixel, die aus sämtlichen Topographiestreifen als Streuzentren bei den spezifizierten Höhen z0 extrahiert worden sind, und gibt die extrahierten Bilder 1080 aus.

Im Schritt ST1070 (Extraktionsverarbeitung) werden die Bilder ausgegeben, bei denen nur die Streuzentren an den spezifizierten Höhen in dem SAR-Bild bei den benutzerspezifischen Höhen extrahiert worden sind. Damit ist die Beschreibung der Verarbeitung für den Schritt ST1070 (Extraktionsverarbeitung) beendet.

13 zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Konzeptes zur Verkürzung in dem SAR-Bild gemäß der ersten Ausführungsform. Unter Bezugnahme auf 13 wird die Positionsverlagerung des Streuzentrums beschrieben, die hervorgerufen wird durch die Verkürzung und die Korrektur für die Verlagerung. Es wird angenommen, dass sich eine Plattform bezüglich der Zeichnungsebene vor vorn nach hinten bewegt, was die Azimut-Richtung angibt, die sich bezüglich der Zeichnungsebene von vorn nach hinten erstreckt. Die Richtung des Pfeiles in der horizontalen Achse ist die Bodenbereichs-Richtung, die der Richtung der Funkwellenausstrahlung entspricht.

Wie in 13 angegeben, gilt Folgendes: In einem Fall, in dem eine Funkwelle unter dem Versatzwinkel θ vom Nadir abgestrahlt wird, ist die Höhe des Streuzentrums definiert als z0, und die Länge zwischen dem Streuzentrum und dem Sensor (Schrägentfernung) ist als r definiert. In dem SAR-Bild wird das Streuzentrum bestimmt als Ort in der Position am Boden, welche die gleiche Schrägentfernung r besitzt, und wird angezeigt in einer Position mit einer Verlagerung x0 zu dem Sensor hin am Boden in dem SAR-Bild. Die Verlagerung x0 lässt sich darstellen mit dem Ausdruck (10): x0 = z0/tanθ(10).

In einem Fall, in dem das SAR-Bild in drei Dimensionen dargestellt wird, wird die Position in die ursprüngliche Position korrigiert gemäß der Höhe z0 des Streuzentrums, wobei die Position mit der x0 zu dem Sensor hin verschoben um die gleiche Distanz wie die Verlagerung x0 zu der gegenüberliegenden Seite des Sensors im Bodenbereich.

Beispiele für Verfahren zum Anzeigen von 3D-SAR-Bildern sind Verfahren, die im Zusammenhang mit 14A und 14B erläutert werden. Die 14A und 14B zeigen exemplarische 3D-SAR-Bilder. Beispielsweise zeigt 14A ein Verfahren zum Plotten eines Bildes in einem dreidimensionalen Koordinatensystem mit Abstand, Azimut und Höhe. Die 14B zeigt beispielsweise ein Verfahren zum Überlagern oder Überlappen von SAR-Bildern in den Höhen, die den Höhen z0 entsprechen, wobei eine scheibenförmige Struktur eines einzelnen SAR-Bildes dargestellt ist.

15 zeigt ein Flussdiagramm zur Erläuterung der Verarbeitung im Schritt ST1090 (Signalsynthese). Die Verarbeitung gemäß dem Schritt ST1090 (Signalsynthese) wird nachstehend unter Bezugnahme auf 15 erläutert. Im Schritt ST1093 (Verkürzungskorrektur) empfängt der Empfänger 1091 für extrahierte Bilder die extrahierten Bilder 1080, die von dem Extraktionsprozessor 1070 ausgegeben. Der Streuzentrumshöhen-Empfänger 1092 empfängt die Streuzentrumshöhen 1040 als Höhen z0, die den extrahierten Bildern 1080 entsprechen.

Der Verkürzungskorrektor 1093 berechnet die Positionsverlagerung x0 des Streuzentrums, hervorgerufen durch die Verkürzung zu dem Sensor hin in dem Bodenbereich in dem SAR-Bild, und zwar mit dem Ausdruck (10), um die Streuzentrumposition zu korrigieren. Die Position wird verschoben um die gleiche Distanz wie die Verlagerung x0 zu der gegenüberliegenden Seite des Sensors in dem Bodenbereich in dem SAR-Bild. Diese Verarbeitung wird durchgeführt für die extrahierten Bilder der Streuzentren an den spezifizierten Höhen, die von dem Empfänger 1091 für extrahierte Bilder für jede der Höhen z0 empfangen werden.

Im Schritt ST1094 (Datensynthese) synthetisiert der Daten-Synthesizer 1094 die Daten der extrahierten Bilder der Streuzentren an den spezifischen Höhen, die im Schritt ST1093 korrigiert worden sind, um ein dreidimensionales SAR-Bild 1100 auszugeben. Beispielsweise überlappt der Datensynthesizer 1094 die Daten in den Höhen, die den Höhen z0 entsprechen. Im Schritt ST1090 (Signalsynthese) werden die extrahierten Bilder der Streuzentren bei den benutzerspezifischen Höhen und den Höhen z0 empfangen, die den extrahierten Bildern entsprechen, dann erfolgt ein Überlappen von sämtlichen Bildern bei den spezifizierten Höhen, und es werden die dreidimensionalen Daten des SAR-Bildes ausgegeben. Dies ist die gesamte Beschreibung der Verarbeitung im Schritt ST1090 (Signalsynthese).

Bei der herkömmlichen Technik werden die Höhen der Streuzentren abgeschätzt aus der Phase der beobachteten Topographiestreifen, aber man kann nicht die Höhen der Streuzentren abschätzen, die höher sind als die Höhe zmax im Ausdruck (2), welche der kürzesten Länge der Basislinie entspricht. Im Gegensatz dazu werden bei der ersten Ausführungsform die Streuzentren bei den Höhen extrahiert, die den spezifizierten Phasen entsprechen.

Die erste Ausführungsform verwendet ferner die Sätze von SAR-Bildern mit mehreren Basislinien, spezifiziert mehrere Phasen, die den zu extrahierenden Höhen entsprechen für jeden Satz von den SAR-Bildern, und extrahiert die Pixel mit den spezifizierten Phasen für sämtliche Sätze von SAR-Bildern. Durch das Spezifizieren von mehreren Phasen, die den Sätzen von SAR-Bildern entsprechen, und Extrahieren der Pixel mit den spezifizierten Phasen für sämtliche Sätze von SAR-Bildern können die Streuzentren voneinander unterschieden werden bis hinauf zu einer Höhe, die größer ist als die bei herkömmlichen Techniken.

Die erste Ausführungsform verwendet mehrere Basislinien. Die eine Basislinie wird als erste Basislinienlänge bezeichnet, und die andere Basislinie wird als zweite Basislinienlänge bezeichnet. Bei mehreren Topographiestreifen 1060 wird der Topographiestreifen, der der ersten Basislinienlänge entspricht, als erster Topographiestreifen bezeichnet, und der Topographiestreifen, der der zweiten Basislinienlänge entspricht, wird als zweiter Topographiestreifen bezeichnet.

Die Verarbeitungsvorrichtung 1 für Signale eines Radars mit synthetischer Apertur gemäß der ersten Ausführungsform weist einen Interferenzphasen-Prozessor 1050 auf, der Folgendes berechnet:

  • – einen ersten Topographiestreifen, repräsentiert durch mehrere Pixel, der eine relative Phase zwischen Signalen repräsentiert, die in zwei Pixeln enthalten sind, welche das gleiche Streuzentrum in einem ersten Satz von zwei SAR-Bildern repräsentieren, unter Verwendung des ersten Satzes von zwei SAR-Bildern, die von zwei Sensoren erzeugt werden, welche die erste Basislinienlänge besitzen; und
  • – einen zweiten Topographiestreifen, repräsentiert durch mehrere Pixel, der eine relative Phase zwischen Signalen repräsentiert, die in zwei Pixeln enthalten sind, welche das gleiche Streuzentrum in einem zweiten Satz von SAR-Bildern repräsentieren, unter Verwendung des zweiten Satzes von zwei SAR-Bildern, die von zwei Sensoren erzeugt werden, welche eine zweite Basislinienlänge besitzt.

Die Verarbeitungsvorrichtung 1 für Signale eines Radars mit synthetischer Apertur weist ferner Folgendes auf:

  • – einen Extraktionsprozessor 1070 mit einem Phasenrechner 1074, der eine erste spezifische Phase berechnet, die einem Streuzentrum an mindestens einer spezifischen Höhe in dem ersten Topographiestreifen entspricht, und berechnet eine zweite spezifische Phase, die dem Streuzentrum in der mindestens einen spezifischen Höhe in dem zweiten Topographiestreifen entspricht; und
  • – einen Pixelextraktor 1076, der ein Pixel extrahiert, das der mindestens einen spezifischen Höhe entspricht, aus dem ersten Topographiestreifen und dem zweiten Topographiestreifen, wobei das Pixel die erste spezifische Phase in dem ersten Topographiestreifen und die zweite spezifische Phase in dem zweiten Topographiestreifen besitzt, wobei die ersten und zweiten Topographiestreifen mit dem Interferenzphasen-Prozessor 1050 berechnet werden.

Die Verarbeitungsvorrichtung 1 für Signale eines Radars mit synthetischer Apertur gemäß der ersten Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine spezifische Höhe höher ist als eine spezifische Höhe, die mit nur zwei Sensoren messbar ist, welche eine kürzere Länge von der ersten Basislinienlänge und der zweiten Basislinienlänge besitzen. Die Spezifizierung der spezifischen Höhen ermöglicht es der Verarbeitungsvorrichtung 1 für Signale eines Radars mit synthetischer Apertur gemäß der ersten Ausführungsform, die Höhen von Streuzentren in Positionen abzuschätzen, die höher sind als bei herkömmlichen Techniken.

Die Verarbeitungsvorrichtung 1 für Signale eines Radars mit synthetischer Apertur gemäß der ersten Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass der Interferenzphasen-Prozessor 1050 drei oder mehr GCP-Pixel spezifiziert, welche die Streuzentren in der gleichen bekannten Höhe repräsentieren, und zwar in dem ersten Satz von SAR-Bildern oder dem zweiten Satz von SAR-Bildern; und eine Bias-Beseitigungseinheit korrigiert die Phasen der Pixel in den beiden SAR-Bildern, so dass die Phasen der Signale, die in den drei oder mehr Pixeln enthalten sind, den gleichen Wert bei den zwei SAR-Bildern besitzen.

Diese Konfiguration kann eine Konsistenz bei der Beobachtungsphase erzielen zwischen dem einen der Sensoren mit der ersten Basislinienlänge und dem anderen Sensor mit der zweiten Basislinienlänge, wenn die beiden Sensoren die identischen Streuzentren beobachtet haben, so dass die Phasenverzerrung zwischen den beiden Sensoren beseitigt werden kann.

Die Verarbeitungsvorrichtung 1 für Signale eines Radars mit synthetischer Apertur gemäß der ersten Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass der Extraktionsprozessor 1070 einen Orbitalparameter-Rechner 1072 aufweist, der den Orbitalparameter, der der ersten Basislinienlänge entspricht, und den Orbitalparameter berechnet, der der zweiten Basislinienlänge entspricht, und zwar unter Verwendung der Orbitalinformation über die beiden Sensoren, welche die erste Basislinienlänge und die zweite Basislinienlänge besitzen; der Phasenrechner berechnet die erste spezifische Phase und die zweite spezifische Phase unter Verwendung der Orbitalparameter, die von dem Orbitalparameter-Rechner berechnet worden sind.

Die Verwendung der Orbitalinformation über den Sensor kann Beobachtungs-Phasenkomponenten beseitigen, die aus irgendwelchen Gründen hervorgerufen werden, wie zum Beispiel eine Sensorbewegung, und kann die spezifische Phase berechnen, die dem Topographiestreifen entspricht.

Die Verarbeitungsvorrichtung 1 für Signale eines Radars mit synthetischer Apertur gemäß der ersten Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die Vorrichtung bestimmt, ob die beiden Pixel ein einzelnes reflektiertes Signal oder mehrere reflektierte Signale enthalten, und zwar auf der Basis der zeitlichen oder räumlichen Variation bei der Phasendifferenz zwischen den beiden Pixeln, welche identische Streuzentren repräsentieren, das heißt den Pixeln in dem ersten Satz von zwei SAR-Bildern oder den Pixeln in dem zweiten Satz von zwei SAR-Bildern. Eine derartige Konfiguration ist in der Lage, die Pixel ohne mehrere reflektierte Signale aus dem SAR-Bild zu extrahieren.

Die Verarbeitungsvorrichtung 1 für Signale eines Radars mit synthetischer Apertur gemäß der ersten Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die mindestens eine spezifische Höhe eine Vielzahl von spezifischen Höhen in dem Extraktionsprozessor 1070 enthält, wobei der Pixelextraktor 1076 die Pixel extrahiert, die den spezifischen Höhen entsprechen, und der Signalsynthesizer erzeugt ein dreidimensionales Bild unter Verwendung der Pixel bei den spezifischen Höhen, die in dem Extraktionsprozessor 1070 extrahiert worden sind. Mit einer derartigen Konfiguration kann ein dreidimensionales Bild unter Verwendung von SAR-Bildern erzeugt werden, die bei verschiedenen Höhen extrahiert worden sind.

Zweite Ausführungsform:

Bei der ersten Ausführungsform werden die Distanzen r'1 und r'2 zwischen einem Sensor und einem Streuzentrum, die Distanz R, die Basislinienlänge B und der Versatzwinkel θ vom Nadir berechnet unter Verwendung der Orbitalpositionsinformation über den Sensor, um einen Orbitalstreifen φg und einen Orbitalparameter m zu erzeugen. Da die Genauigkeit der Parameter r'1, r'2, R und B signifikant von der Genauigkeit der Orbitalpositionsinformation über den Sensor abhängt, ist eine gute Genauigkeit der Orbitalpositionsinformation über den Sensor erforderlich.

Bei der zweiten Ausführungsform wird ein Verfahren zum Berechnen eines Orbitalstreifens φg und eines Orbitalparameters m mit hoher Genauigkeit angegeben, und zwar unter Verwendung des Versatzwinkels θ vom Nadir, der ausgestrahlten Funkwelle von dem Sensor, welche das SAR-Bild erfasst hat, anstatt der Parameter r'1, r'2, R und B, auch wenn die Genauigkeit der Orbitalpositionsinformation über den Sensor nicht ausreicht.

In der nachstehenden Beschreibung werden die gleichen Bezugszeichen wie bei der ersten Ausführungsform verwendet für die gleichen Eingangsdaten, Ausgangsdaten, Einheiten, Komponenten und Schritte, ohne dass eine erneute ausführliche Beschreibung erfolgt.

16 zeigt eine Gesamtübersicht einer Vorrichtung, die die Höhe des Streuzentrums in dem SAR-Bild in der Verarbeitungsvorrichtung 1 für Signale eines Radars mit synthetischer Apertur gemäß der zweiten Ausführungsform abschätzt. Der Aufbau einer 3D-Bild-Erzeugungseinheit 2000 für das SAR-Bild gemäß der zweiten Ausführungsform wird nachstehend unter Bezugnahme auf 16 erläutert. Die 3D-Bild-Erzeugungseinheit 2000 besitzt einen Interferenzphasen-Prozessor 2020, einen Extraktionsprozessor 2040 und einen Signalsynthesizer 1090.

Der Interferenzphasen-Prozessor 2020 und der Extraktionsprozessor 2040 unterscheiden sich von den entsprechenden Einheiten gemäß der ersten Ausführungsform, während der Signalsynthesizer 1090 die gleiche Verarbeitungskonfiguration hat wie bei der ersten Ausführungsform. Abweichend von der ersten Ausführungsform empfängt der Extraktionsprozessor 2040 einen Versatzwinkel 2010 vom Nadir anstelle der Orbitalkoordinateninformation über den Sensor. Der Versatzwinkel 2010 vom Nadir repräsentiert die Richtung der Funkwellenausbreitung von dem Sensor des SAR, und es wird angenommen, dass diese den gleichen Wert für sämtliche empfangenen SAR-Bilder besitzt.

17 zeigt ein Funktions-Blockdiagramm zur Erläuterung der Funktionen des Interferenzphasen-Prozessors 2020. Die Funktionen des Interferenzphasen-Prozessors 2020 werden nachstehend unter Bezugnahme auf 17 erläutert. Der Interferenzphasen-Prozessor 2020 weist Folgendes auf: einen SAR-Bild-Empfänger 1051, einen Korrelationsbestimmungs-Prozessor 1052, einen Phasendifferenz-Rechner 1053, einen Orbitalstreifenperioden-Rechner 2021, einen Phasensubtrahierer 1056, einen GCP-Empfänger 1057 und eine Bias-Beseitigungseinheit 1058. Der Orbitalstreifenperioden-Rechner 2021 besitzt eine Fourier-Transformationseinheit 2022, eine Bandpassfilter- oder BPF-Einheit 2023 und eine Einheit 2024 für inverse Fourier-Transformationen.

Die Konfiguration unterscheidet sich von der bei der ersten Ausführungsform darin, dass diese Konfiguration einen Orbitalstreifenperioden-Rechner 2021 aufweist. Die Konfiguration besitzt keinen Orbitalkoordinatenempfänger, sondern berechnet in effizienter Weise eine Orbitalstreifenperiode 2030 in dem Orbitalstreifenperioden-Rechner 2021, anstelle der Orbitalkoordinateninformation.

In dem Orbitalstreifenperioden-Rechner 2021 verwendet die Fourier-Transformationseinheit 2022 die Daten der Phasenverteilung von den Daten der Interferenzphase und die Signalamplitude für jedes Pixel von zwei SAR-Bildern, die von dem SAR-Bild-Empfänger 1051 empfangen werden.

Die Fourier-Transformationseinheit transformiert die Daten der Phasenverteilung in der Raum-Domäne in Daten der Frequenzverteilung in der Frequenz-Domäne mit einer Fourier-Transformation, wobei die Fourier-Transformation durchgeführt wird in der Bereichsrichtung des SAR-Bildes in der Raum-Domäne. Die Fourier-Transformationseinheit 2022 empfängt das SAR-Bild 1011 und das SAR-Bild 1012 und gibt die aus der Phasenverteilung transformierte Frequenzverteilung sowie die Daten der Amplitude von jedem Pixel aus.

Die BPF-Einheit 2023 ist eine Verarbeitungseinheit, die ein Bandpassfilter (BPF) aufweist und extrahiert die Frequenzkomponente mit einer Orbitalstreifenperiode aus den Daten der Frequenzverteilung, die von der Fourier-Transformationseinheit 2022 aus der Phasenverteilung transformiert worden ist, und die Amplitude von jedem Pixel. Die BPF-Einheit 2023 empfängt die Daten der aus der Phasenverteilung transformierten Frequenzverteilung sowie die Amplitude von jedem Pixel und gibt die Daten der Frequenzkomponente mit einer Orbitalstreifenperiode sowie die Amplitude von jedem Pixel ohne jede Änderung aus.

Die Einheit 2024 für inverse Fourier-Transformationen transformiert die Frequenzkomponente der Phase in einer Raum-Domäne in eine Raum-Domänendarstellung mit einer inversen Fourier-Transformation, und zwar unter Verwendung der Frequenzkomponente der Phase der Raum-Domäne, die in der BPF-Einheit 2023 berechnet worden ist, und der Amplitudendaten von jedem Pixel. Mit diesem Prozess wird ohne Weiteres nur die Phasenverteilung des Orbitalstreifens aus der Interferenzphase von jedem Pixel extrahiert, die von dem Phasendifferenz-Rechner 1053 abgegeben wird. Die Einheit 2024 für inverse Fourier-Transformationen erhält die Frequenzkomponente der Phase in der Raum-Domäne und die Amplitudendaten von jedem Pixel und gibt die Phasenverteilung des Orbitalstreifens sowie die Amplitudendaten von jedem Pixel ohne jede Veränderung aus.

Die Funktionen des Extraktionsprozessors 2040 werden nachstehend unter Bezugnahme auf 18 näher erläutert. 18 zeigt ein Funktions-Blockdiagramm des Extraktionsprozessors 2040. Der Extraktionsprozessor 2040 weist Folgendes auf: einen Orbitalstreifenperioden-Empfänger 2041, einen Empfänger 2042 für Versatzwinkel vom Nadir, einen Orbitalparameter-Rechner 2043, einen Streuzentrumshöhen-Empfänger 2073, einen Phasenrechner 1074, einen Topographiestreifen-Empfänger 1075 und einen Pixelextraktor 1076.

Diese Konfiguration weist einen Orbitalstreifenperioden-Empfänger 2041 sowie einen Empfänger 2042 für Versatzwinkel vom Nadir auf, abweichend von der Konfiguration der ersten Ausführungsform.

Obwohl die Konfiguration keinen Orbitalkoordinaten-Empfänger 1071 und Streuzentrumshöhenempfänger 1073 aufweist, berechnet der Orbitalparameter-Rechner 2043 die Orbitalparameter unter Verwendung der Information über die Orbitalstreifenperiode und den Versatzwinkel vom Nadir anstelle von Information über die Orbitalkoordinaten und die Höhe des Streuzentrums.

Wie bei dem Orbitalparameter-Rechner 1072 bei der ersten Ausführungsform berechnet der Orbitalparameter-Rechner 2043 die Orbitalparameter unter Verwendung der empfangenen Daten. Die Verarbeitung des Orbitalparameter-Rechners 2043 unterscheidet sich jedoch von der des Orbitalparameter-Rechners 1072, weil die empfangenen Daten sich von denen bei der ersten Ausführungsform unterscheiden.

Der Orbitalstreifenperioden-Empfänger 2041 empfängt mehrere Orbitalstreifenperioden 2030 von dem Interferenzphasen-Prozessor 2020. Jede der empfangenen Orbitalstreifenperioden entspricht einem jeweiligen Satz von SAR-Bildern, die jeweils einen Topographiestreifen erzeugen, der von dem Topographiestreifen-Empfänger 1075 empfangen wird. Der Empfänger 2042 für Versatzwinkel vom Nadir empfängt den Versatzwinkel vom Nadir, der die Richtung der Funkwellenausbreitung repräsentiert, die von den SAR-Bildern 1010 erfasst werden.

Der Orbitalparameter-Rechner 2043 berechnet die jeweiligen Orbitalparameter unter Verwendung der Orbitalzyklusdaten, die dem jeweiligen Topographiestreifen entsprechen, der von dem Orbitalparameter-Empfänger 2041 empfangen wird, und den Versatzwinkel vom Nadir, der von dem Empfänger 2042 für Versatzwinkel vom Nadir empfangen wird. Der Orbitalparameter-Rechner 2043 empfängt den Orbitalzyklus, der dem jeweiligen Topographiestreifen entspricht, und den Versatzwinkel vom Nadir, und gibt den Orbitalparameter aus, der dem jeweiligen Topographiestreifen entspricht.

Der Betrieb der 3D-Bild-Erzeugungseinheit 2000 für SAR-Bilder gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf 19 näher erläutert. 19 zeigt ein Flussdiagramm zur Erläuterung des Betriebes der 3D-Bild-Erzeugungseinheit 2000 für SAR-Bilder gemäß der zweiten Ausführungsform.

Wie in 19 angegeben, arbeitet die 3D-Bild-Erzeugungseinheit 200 gemäß der zweiten Ausführungsform mit drei Hauptschritten. Im Schritt ST2020 (Interferenzphasen-Verarbeitung) gibt der Interferenzphasen-Prozessor 2020 die Orbitalstreifenperioden 2030 und die Topographiestreifen 1060 aus, und zwar unter Verwendung der SAR-Bilder 1010 und der GCP-Daten 1020. Im Schritt ST2040 (Extraktionsprozess) gibt der Extraktionsprozessor 2040 folgende Daten aus: extrahierte Bilder 1080 unter Verwendung der Orbitalstreifenperioden 2030, Topographiestreifen 1060, Versatzwinkel 2010 vom Nadir sowie Streuzentrumshöhen 1040. Im Schritt ST1090 (Signalsynthese) gibt der Signalsynthesizer 1090 ein 3D-SAR-Bild aus unter Verwendung der extrahierten Bilder 1080.

Unter Bezugnahme auf 20A bis 20C werden die Grundzüge der Abschätzung des Orbitalstreifens im Schritt ST2020 (Interferenzphasen-Verarbeitung) näher erläutert. Ein Ziel im Schritt ST2020 (Interferenzphasen-Verarbeitung) besteht darin, den Orbitalstreifen abzuschätzen, indem man zwei SAR-Bilder verwendet, um den Topographiestreifen zu erzeugen. Nachstehend wird eine vereinfachte Abschätzung für den Orbitalstreifen erläutert.

20A bis 20C zeigen Graphen zur Erläuterung der jeweiligen exemplarischen Variationen der Interferenzphase, der Phase des Orbitalstreifens und der Phase des Topographiestreifens in der Bodenbereichs-Richtung, die von zwei SAR-Bildern erzeugt werden.

20 zeigt einen Graphen zur schematischen Erläuterung der Interferenzphase φs in der Bodenbereichs-Richtung (der Richtung von der Bodenspur zu dem Streuzentrum auf der Bodenfläche, die der Richtung der Funkwellenausbreitung entspricht) bei einer Azimut-Koordinate. Die Phase ist modulo 2π zu verstehen und variiert in einem Zyklus.

Die zyklische Variation der Interferenzphase φs in der Bodenbereichs-Richtung wird hervorgerufen durch den Orbitalstreifen φg, und die Variation des Orbitalstreifens φg in der Bodenbereichs-Richtung ist in 20B dargestellt.

Der Orbitalstreifen φg wird aus der Interferenzphase φs als Komponente der zyklischen Variation der Interferenzphase φs, und die korrigierte Interferenzphase φc wird aus der resultierenden Differenz (φs – φg) extrahiert, wie es in 20C dargestellt ist.

Beispielsweise sind bei einem Pixel in dem SAR-Bild die komplexe Zahl vn mit einem Argument der Interferenzphase φs und einem Absolutwert „1” im Ausdruck (11) definiert: vn = exp(j·φs)(11).

Die komplexe Zahl vn wird mit einer Fourier-Transformation aus der Raum-Domäne in die Frequenz-Domänendarstellung transformiert, um nur die zyklische Komponente mit einem Maximum durch ein Bandpassfilter (BPF) zu extrahieren. Beispielsweise wird eine Maximum-Frequenzkomponente aus der Frequenz-Domäne extrahiert und dann mit einer inversen Fourier-Transformation transformiert, um die variable Komponente der Phase als Orbitalstreifen φg zu definieren.

Die Verarbeitung gemäß dem Schritt ST2020 (Interferenzphasen-Verarbeitung) wird nachstehend unter Bezugnahme auf 21 im Einzelnen erläutert. 21 zeigt ein Flussdiagramm zur Erläuterung der Verarbeitung beim Schritt ST2020 (Interferenzphasen-Verarbeitung). Da die Phase des Orbitalstreifens aus den Daten in der Frequenz-Domäne der Interferenzphase von jedem Pixel bei der zweiten Ausführungsform berechnet wird, umfasst der Schritt ST2020 (Interferenzphasenverarbeitung) den Schritt ST2020, den Schritt ST2023 und den Schritt ST2040, abweichend von dem Schritt ST1050 (Interferenzphasen-Verarbeitung) gemäß 7 der ersten Ausführungsform.

Beim Schritt ST2022 (Fourier-Transformation) wird die Interferenzphase (die Phase φs und die Signalamplitude des Pixels) von jedem Pixel erhalten, die im Schritt ST1053 berechnet wird (Berechnung der Phasendifferenz). Die Fourier-Transformationseinheit 2022 transformiert die Daten der Verteilung der Phase φs in der Interferenzphase in der Raum-Domäne des SAR-Bildes mit einer Fourier-Transformation, um die Frequenzverteilung von jeder Interferenzphase in der Raum-Domäne zu berechnen.

Die komplexe Zahl vn ist beispielsweise so definiert, dass sie ein Argument der Interferenzphase φs und einen Absolutwert „1” besitzt, wie es im Ausdruck (11) angegeben ist; die Variation der Interferenzphase φs in der Raum-Domäne wird in die Frequenz-Domänendarstellung mit einer Fourier-Transformation transformiert.

Im Schritt ST2023 erhält die BPF-Einheit 2023 die Frequenzverteilung der Interferenzphase φs in der Raum-Domäne, die beim Schritt ST2022 (Fourier-Transformation) berechnet worden ist. Die BPF-Einheit 2023 führt den Schritt der Bandpassfilterung durch. Die BPF-Einheit 2023 extrahiert die Frequenzkomponente, die einen primären Zyklus in der Raum-Domäne besitzt, aus der Frequenzverteilung der Interferenzphase φs in der Raum-Domäne.

Beispielsweise wird nur eine Maximum-Frequenz aus der Frequenz-Domäne extrahiert, welche einen Orbitalstreifen repräsentiert, wenn die Interferenzphasenverteilung in der Raum-Domäne in die Frequenz-Domänendarstellung transformiert wird. Da die zyklische Phasenverteilung in der Raum-Domäne bei der Interferenzphase φs, die im Schritt ST1053 berechnet wird, den Orbitalstreifen repräsentiert, ergibt sich, dass die durch die Bandpassfilterung extrahierte Frequenz die Frequenzkomponente des Orbitalstreifens φg repräsentiert.

Beim Schritt ST2024 (inverse Fourier-Transformation) wird die beim Schritt ST2023 (Bandpassfilterung) extrahierte Frequenzkomponente erhalten, die den primären Zyklus der Interferenzphase φs in der Raum-Domäne besitzt. Die Einheit 2024 für inverse Fourier-Transformationen transformiert die Frequenzkomponente in die Raum-Domänendarstellung mittels einer inversen Fourier-Transformation.

Diese Verarbeitung extrahiert ohne Weiteres die Phase φg des Orbitalstreifens aus der Interferenzphase φs des SAR-Bildes, die von dem Phasendifferenz-Rechner 1053 ausgegeben wird. Zur gleichen Zeit liefert die Verarbeitung den Zyklus Δx einer Variation bei der Phase φg des Orbitalstreifens in der Raum-Domäne. Der Zyklus Δx des Orbitalstreifens ist theoretisch definiert durch den Ausdruck (12): Δx = (λ·R·cosθ)/(p·B)(12).

Danach wird beim Schritt ST2020 die gleiche Verarbeitung durchgeführt wie beim Schritt ST1056 (Phasensubtraktion) und beim Schritt ST1058 (Beseitigung der Bias-Phase), wie es im Zusammenhang mit 7 der ersten Ausführungsform beschrieben ist, um einen Topographiestreifen auszugeben (die Phase φz und die Signalamplitude des Pixels). Bei der zweiten Ausführungsform kann der Orbitalstreifen in effizienter Weise berechnet werden durch die Berechnung der Interferenzphase und der Phase des Orbitalstreifens für jedes Pixel in der Frequenz-Domäne.

Unter Bezugnahme auf 22 wird nachstehend die Verarbeitung beim Schritt ST2040 (Extraktionsverarbeitung) im Einzelnen erläutert. 22 zeigt ein Flussdiagramm zur Erläuterung der Verarbeitung beim Schritt ST2040 (Extraktionsverarbeitung). Bei der zweiten Ausführungsform erfolgt gemäß 22 eine Berechnung des Orbitalparameters im Schritt ST2043, abweichend von der Verarbeitung gemäß 12 bei der ersten Ausführungsform.

Beim Schritt ST2043 (Berechnung des Orbitalparameters) erhält der Orbitalzyklus-Empfänger 2041 den Orbitalparameter Δx von dem Interferenzphasen-Prozessor 2020, der Empfänger 2042 für den Versatzwinkel vom Nadir erhält den Versatzwinkel θ vom Nadir, der die Richtung der Funkwellenausbreitung repräsentiert, die von dem SAR-Bild erfasst worden ist, und dann berechnet der Orbitalparameter-Rechner 2043 den Orbitalparameter m. Bei der ersten Ausführungsform ist der Orbitalparameter m definiert durch den Ausdruck (8): m = 2·π·p·B/λ·R·sinθ

Im Gegensatz dazu ist bei der zweiten Ausführungsform der Orbitalparameter m definiert durch den Ausdruck (13) unter Verwendung der Orbitalstreifen-Periode Δx, die gemäß Ausdruck (12) berechnet wird: m = 1/(Δx·tanθ)(13).

Im Schritt ST2043 (Berechnung des Orbitalparameters) wird der Orbitalparameter m gemäß dem Ausdruck (13) berechnet.

Bei der zweiten Ausführungsform sind die Orbitalstreifen-Perioden Δx und der Versatzwinkel θ vom Nadir erforderlich, um den Orbitalparameter m gemäß Ausdruck (13) zu berechnen. Da die Orbitalstreifen-Periode Δx aus dem SAR-Bild berechnet wird, kann die zweite Ausführungsform den Orbitalparameter berechnen, um die Höheninformation für die spezifizierte Phase umzuwandeln, und zwar ohne die Orbitalpositionsinformation mit hoher Genauigkeit über den Sensor.

Obwohl die erste Ausführungsform eine Orbitalpositionsinformation mit hoher Genauigkeit über den Sensor benötigt, ist bei der zweiten Ausführungsform die Orbitalpositionsinformation mit hoher Genauigkeit über den Sensor nicht erforderlich. Im Einzelnen verwendet die zweite Ausführungsform nur den Versatzwinkel vom Nadir der Funkwellenausbreitung der Sensorinformation, weil die Information über den Orbitalstreifen des SAR-Bildes, berechnet mit der Fourier-Transformation, zur Verfügung steht, wobei die Genauigkeit des Versatzwinkels vom Nadir der Funkwellenausbreitung nicht so sehr von der Orbitalposition abhängig ist.

Wie bei der ersten Ausführungsform verwendet die zweite Ausführungsform mehrere Basislinienlängen und mehrere Topographiestreifen. Die eine der Basislinienlängen wird als erste Basislinienlänge bezeichnet, und die andere Basislinienlänge wird als zweite Basislinienlänge bezeichnet. Der eine der Topographiestreifen, der der ersten Basislinienlänge entspricht, wird als erster Topographiestreifen bezeichnet, und der andere Topographiestreifen, der der zweiten Basislinienlänge entspricht, wird als zweiter Topographiestreifen bezeichnet.

Die Verarbeitungsvorrichtung 1 für Signale eines Radars mit synthetischer Apertur gemäß der zweiten Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass der Interferenzphasen-Prozessor 2020 den Orbitalstreifenperioden-Rechner 2021 aufweist, der die Orbitalstreifenperiode berechnet, und zwar unter Verwendung des ersten Satzes von zwei SAR-Bildern und des zweiten Satzes von zwei SAR-Bildern; der Extraktionsprozessor 2040 weist den Orbitalparameter-Rechner 2043 auf, der die Orbitalparameter berechnet, die den ersten und zweiten Basislinienlängen entsprechen, und zwar unter Verwendung der Orbitalstreifenperiode, die mit dem Orbitalstreifenperioden-Rechner 2021 berechnet wird, und des Versatzwinkels vom Nadir, der Funkwelle, die von dem Radar mit synthetischer Apertur abgestrahlt wird, um das SAR-Bild zu erzeugen; ferner berechnet der Phasenrechner 1074 die ersten und zweiten spezifischen Phasen unter Verwendung der Orbitalparameter, die von dem Orbitalparameter-Rechner 2043 berechnet worden sind.

Eine derartige Konfiguration ermöglicht es, dass die Verarbeitungsvorrichtung 1 für Signale eines Radars mit synthetischer Apertur die spezifischen Phasen berechnet, und zwar ohne die Orbitalpositionsinformation mit hoher Genauigkeit bezüglich des Sensors.

Die Verarbeitungsvorrichtung 1 für Signale eines Radars mit synthetischer Apertur gemäß der zweiten Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass der Orbitalstreifenperioden-Rechner 2021 eine Frequenz auswählt auf der Basis der Energieverteilung der Frequenzkomponente aus dem Frequenzspektrum, das die räumliche Variation der relativen Phase zwischen den Signalen repräsentiert, die in den beiden Pixeln von dem ersten Satz von zwei SAR-Bildern oder dem zweiten Satz von zwei SAR-Bildern enthalten sind, und extrahiert die ausgewählte Frequenz als eine Frequenz, die der Orbitalstreifenperiode entspricht.

Beispiele für Verfahren zum Auswählen einer Frequenz aus dem Frequenzspektrum auf der Basis der Energieverteilung der Frequenzkomponente umfassen eine Konfiguration, bei der eine Maximum-Frequenz aus dem Frequenzspektrum gewählt wird. Diese Konfiguration ermöglicht es der Verarbeitungsvorrichtung 1 für Signale eines Radars mit synthetischer Apertur, in effizienter Weise, die Orbitalstreifenperiode zu extrahieren, wobei die beiden SAR-Bilder verwendet werden, das heißt den ersten Satz von zwei SAR-Bildern oder den zweiten Satz von zwei SAR-Bildern.

Dritte Ausführungsform:

Die erste Ausführungsform und die zweite Ausführungsform benötigen Informationen über den Sensor, welche die Orbitalpositionsinformation, als die Orbitalkoordinaten des künstlichen Satelliten, des Sensors enthält, der das SAR-Bild erfasst hat, und den Versatzwinkel vom Nadir der Funkwellenausbreitung.

Im Gegensatz dazu kann die dritte Ausführungsform realisiert werden, wenn die Information über den Sensor nicht verfügbar ist. Zusätzlich zu den mehreren SAR-Bildern, die verschiedene Basislinien besitzen, verwendet die dritte Ausführungsform die GCP-Daten (den Standardort am Boden, also den Bodenkontrollpunkt) bei spezifizierten Höhen, anstelle von der Information über den Sensor, um die Streuzentren bei den gleichen Höhen zu extrahieren als Streuzentren des Bodenkontrollpunkts (GCP) bei den spezifizierten Höhen aus dem SAR-Bild. In der nachstehenden Beschreibung werden die gleichen Bezugszeichen verwendet wie bei der ersten und der zweiten Ausführungsform, die den gleichen Eingangsdaten, Ausgangsdaten, Komponenten, Einheiten und Schritten zugeordnet sind, ohne dass eine wiederholende Beschreibung der Einzelheiten erfolgt.

23 zeigt eine Gesamtdarstellung der Anordnung, welche Streuzentren bei der gleichen Höhe in dem SAR-Bild gemäß der dritten Ausführungsform extrahiert. Gemäß 23 wird nachstehend das Grundkonzept einer Extraktionseinheit 3000 von Streuzentren in der gleichen Höhe in dem SAR-Bild gemäß der dritten Ausführungsform erläutert, die nachstehend kurz als Streuzentren-Extraktionseinheit 3000 bezeichnet wird.

Die Streuzentren-Extraktionseinheit 3000 weist einen GCP-Höhendatendetektor zusätzlich zu dem Interferenzphasen-Prozessor, dem Extraktionsprozessor und dem Signalsynthesizer auf, abweichend von der ersten und der zweiten Ausführungsform. Im Einzelnen weist die Streuzentren-Extraktionseinheit 3000 Folgendes auf: einen Interferenzphasen-Prozessor 2020, einen Extraktionsprozessor 3020, einen GCP-Höhendatendetektor 3030 und einen Extraktionssignal-Synthesizer 3040.

Der Interferenzphasen-Prozessor 2020 ist die gleiche Einheit wie bei der zweiten Ausführungsform, während der Extraktionsprozessor 3020 und der GCP-Höhendatendetektor 3030 unterschiedliche Konfigurationen besitzen im Vergleich mit der ersten und der zweiten Ausführungsform.

Abweichend von der ersten und der zweiten Ausführungsform empfängt der Extraktionsprozessor 3020 bei der dritten Ausführungsform die Topographiestreifen 1060 der Interferenzphasen und die GCP-Daten 3010 bei vorgegebenen Höhen anstelle der Information über den Sensor. Der GCP-Höhendatendetektor 3030 erhält auch die GCP-Daten 3010 bei vorgegebener Höhe zusätzlich zu den extrahierten Bildern 1080.

Der GCP-Höhendatendetektor 3030 bestimmt, ob die GCP-Daten 3010 bei vorgegebener Höhe die Information über die Höhe des Streuzentrums enthalten. In einem Falle, in dem die GCP-Daten 3010 bei vorgegebener Höhe nicht die Information über die Höhe des Streuzentrums enthalten, gibt der GCP-Höhendatendetektor 3030 die extrahierten Bilder 1080 aus und beendet die Verarbeitung der Streuzentren-Extraktionseinheit 3000.

In einem Falle, in dem die GCP-Daten 3010 bei vorgegebener Höhe die Information über die Höhe der Streuzentren enthalten, gibt der GCP-Höhendatendetektor 3030 die extrahierten Bilder 1080 an den Extraktionssignal-Synthesizer 3040 aus. Der Extraktionssignal-Synthesizer 3040 erhält dann die extrahierten Bilder 1080 und die GCP-Daten 3010 bei vorgegebener Höhe, und gibt ein dreidimensionales SAR-Bild 1100 aus.

Die GCP-Daten 3010 bei vorgegebener Höhe enthalten die Koordinaten der Pixel in dem SAR-Bild, die den zu extrahierenden Streuzentren bei den benutzerspezifischen Höhen entsprechen. Es wird angenommen, dass die Pixel der Streuzentren keine Signalüberlappung haben, beispielsweise aufgrund irgendwelcher Überlagerungen. In einem Falle, in dem die Höhen der Streuzentren der Pixel bekannt sind, enthalten die GCP-Daten 3010 bei vorgegebener Höhe die Information über die Höhen der Streuzentren. In einem Falle, in dem die Höhen der Streuzentren der Pixel bei den GCP-Daten 3010 vorgegebener Höhe nicht bekannt sind, enthalten die GCP-Daten 3010 bei vorgegebener Höhe nicht die Information über die Höhen der Streuzentren.

24 zeigt ein Funktions-Blockdiagramm zur Erläuterung der Funktionen des Extraktionsprozessors 3020. Die Funktionen des Extraktionsprozessors 3020 werden nachstehend unter Bezugnahme auf 24 im Einzelnen erläutert. Der Extraktionsprozessor 3020 weist Folgendes auf: einen Empfänger 3021 für GCP-Daten bei vorgegebener Höhe, eine Extraktionsphasen-Entscheidungseinheit 3022, einen Topographiestreifen-Empfänger 1075 sowie einen Pixelextraktor 1076. Die Konfiguration enthält somit einen Empfänger 3021 für GCP-Daten bei vorgegebener Höhe sowie eine Extraktionsphasen-Entscheidungseinheit 3022, die bei der zweiten Ausführungsform nicht vorgesehen sind.

Die Konfiguration beinhaltet dabei keine der nachstehenden Komponenten: Orbitalstreifenperioden-Empfänger, Empfänger für Versatzwinkel vom Nadir, Streuzentrumshöhenempfänger, Orbitalparameter-Rechner und Phasenrechner. Die Extraktionsprozessoren bei der ersten und der zweiten Ausführungsform wandeln die vorgegebene oder spezifizierte Höhe in eine gewählte Phase um, und zwar unter Verwendung des Orbitalparameters m gemäß Ausdruck (9).

Im Gegensatz dazu führt der Extraktionsprozessor 3020 bei der dritten Ausführungsform weder eine Berechnung des Orbitalparameters noch einen Umwandlungsprozess durch, bei dem die Höheninformation mit dem Ausdruck (9) in Phaseninformation umgewandelt wird, da der Extraktionsprozessor die gewählte Phase direkt bestimmt, und zwar auf der Basis der Phase des Pixels des Bodenkontrollpunkts (GCP) in der vorgegebenen oder spezifizierten Höhe.

Der Empfänger 3021 für GCP-Daten bei vorgegebener Höhe erhält die GCP-Daten 3010 bei vorgegebener Höhe. Die GCP-Daten 3010 bei vorgegebener Höhe enthalten die Daten hinsichtlich der Koordinaten der Pixel in dem SAR-Bild und die Daten über die Höhe des Pixels, wenn die Höhe des Streuzentrums an den Koordinaten bekannt ist.

Die Extraktionsphasen-Entscheidungseinheit 3022 identifiziert die Phase des Topographiestreifens des Pixels für jeden Satz von SAR-Bildern, der den Topographiestreifen erzeugt, und zwar unter Verwendung der Koordinaten der Pixel der GCP-Daten in dem SAR-Bild, das von dem Empfänger 3021 für GCP-Daten bei vorgegebener Höhe erhalten wird, und bestimmt die zu extrahierende Phase in dem Pixelextraktor 1076. Die Extraktionsphasen-Entscheidungseinheit 3022 erhält die GCP-Daten bei vorgegebener Höhe und gibt die Phase des Topographiestreifens des Pixels aus.

25 zeigt ein Funktions-Blockdiagramm zur Erläuterung der Funktionen des GCP-Höhendatendetektors 3030. Die Funktionen des GCP-Höhendatendetektors 3030 werden nachstehend unter Bezugnahme auf 25 näher erläutert. Der GCP-Höhendatendetektor 3030 weist Folgendes auf: einen Empfänger 3031 für GCP-Daten bei vorgegebener Höhe, einen Empfänger 3032 für extrahierte Bilder von Streuzentren bei vorgegebener Höhe, nachstehend kurz als „Extraktionsbild-Empfänger 3032” bezeichnet, sowie einen Höhendatenexistenz-Detektor 3033.

Der Empfänger 3031 für GCP-Daten bei vorgegebener Höhe erhält die GCP-Daten 3010 bei vorgegebener Höhe. Die GCP-Daten 3010 bei vorgegebener Höhe enthalten die Daten über die Koordinaten des Pixels in dem SAR-Bild sowie die Daten über die Höhe des Pixels, wenn die Höhe des Streuzentrums an diesen Koordinaten bekannt ist. Der Extraktionsbild-Empfänger 3032 erhält die extrahierten Bilder 1080 von dem Extraktionsprozessor 3020.

Der Höhendatenexistenz-Detektor 3033 bestimmt, ob die Höhe des Streuzentrums des Pixels bekannt ist und ob die Information über die Höhe des Streuzentrums enthalten ist in den GCP-Daten 3010 bei vorgegebener Höhe, und zwar auf der Basis der GCP-Daten 3010 bei vorgegebener Höhe, welche von dem Empfänger 3031 für GCP-Daten bei vorgegebener Höhe erhalten werden, und den extrahierten Bildern 1080, die von dem Extraktionsbild-Empfänger 3032 erhalten werden.

In einem Falle, in dem die Höhe des Streuzentrums bekannt ist oder die Information über die Höhe des Streuzentrums enthalten ist in den GCP-Daten 3010 bei vorgegebener Höhe, gibt die Höhendaten-Bestimmungseinheit die extrahierten Bilder 1080 an den nachgeschalteten Signalsynthesizer 3040 aus, um die Verarbeitung fortzusetzen.

In einem Falle, in dem die Höhe des Streuzentrums unbekannt ist oder die Information über die Höhe des Streuzentrums nicht enthalten ist in den GCP-Daten 3010 bei vorgegebener Höhe, gibt die Höhendaten-Bestimmungseinheit die extrahierten Bilder 1080 aus und beendet die Verarbeitung der Streuzentren-Extraktionseinheit 3000.

26 zeigt ein Funktions-Blockdiagramm zur Erläuterung der Funktionen des Extraktionssignal-Synthesizers 3040. Die Funktionen des Extraktionssignal-Synthesizers 3040 werden nachstehend unter Bezugnahme auf 26 näher erläutert. Der Extraktionssignal-Synthesizer 3040 führt die Verarbeitung durch, nachdem die extrahierten Bilder 1080 von dem GCP-Höhendatendetektor 3030 erhalten worden sind.

Der Extraktionssignal-Synthesizer 3040 weist Folgendes auf: einen Empfänger 1091 für extrahierte Bilder, einen Verkürzungskorrektor 1093, einen Empfänger 3041 für GCP-Daten bei vorgegebener Höhe, und einen Daten-Synthesizer 1094. Der Extraktionssignal-Synthesizer besitzt einen Empfänger 3041 für GCP-Daten bei vorgegebener Höhe anstelle eines Streuzentrumshöhen-Empfängers 1092, abweichend von der ersten Ausführungsform gemäß 4.

Der Empfänger 3041 für GCP-Daten bei vorgegebener Höhe erhält die Höhen der Streuzentren, die in den Daten über die Koordinaten der Pixel in den GCP-Daten 3010 bei vorgegebener Höhe enthalten sind. Die Daten über die Höhe des Streuzentrums, die in den Daten über die Koordinaten des Pixels in den GCP-Daten 3010 bei vorgegebener Höhe enthalten sind, entsprechen den extrahierten Bildern 1080, die von dem Empfänger 1091 für extrahierte Bilder erhalten werden.

Der Betrieb der Streuzentren-Extraktionseinheit 3000 für SAR-Bilder gemäß der dritten Ausführungsform wird nachstehend unter Bezugnahme auf 27 erläutert. 27 zeigt ein Flussdiagramm zur Erläuterung des Betriebes der Streuzentren-Extraktionseinheit 3000 für SAR-Bilder gemäß der dritten Ausführungsform.

Wie in 27 dargestellt, arbeitet die Streuzentren-Extraktionseinheit 3000 für SAR-Bilder gemäß der dritten Ausführungsform mit vier Hauptschritten. Im Schritt ST2020 erfolgt die gleiche Verarbeitung wie bei der zweiten Ausführungsform gemäß 21, und im Schritt ST1090 erfolgt die gleiche Verarbeitung wie bei der ersten Ausführungsform gemäß 15. Eine erneute Beschreibung dieser beiden Verarbeitungsschritte wird daher hier weggelassen und auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen.

Im Schritt ST3020 (Extraktionsprozess) extrahiert der Extraktionsprozess 3020 die Streuzentren in der gleichen Höhe wie beim Bodenkontrollpunkt GCP in der vorgegebenen Höhe, und zwar auf der Basis von den GCP-Daten 3010 bei vorgegebener Höhe und den Topographiestreifen 1060, um die extrahierten Bilder 1080 auszugeben. In dem Schritt ST3030 (der Bestimmung der Existenz oder Nicht-Existenz von Information über die Höhe des Streuzentrums am Bodenkontrollpunkt) detektiert der GCP-Höhendatendetektor 3030 die Existenz oder Nicht-Existenz von Information über die Höhe des Streuzentrums in den Pixeln bei den GCP-Daten 3010 bei vorgegebener Höhe.

Wenn die Information über die Höhe des Streuzentrums zur Verfügung steht, dann wird der Schritt ST3040 durchgeführt. Wenn die Information über die Höhe des Streuzentrums nicht zur Verfügung steht, wird die Verarbeitung der Streuzentren-Extraktionseinheit 3000 abgebrochen.

Unter Bezugnahme auf 28 wird nachstehend die Verarbeitung im Schritt ST3020 (Extraktionsverarbeitung) näher erläutert. 28 zeigt ein Flussdiagramm zur Erläuterung der Verarbeitung im Schritt ST3020 (Extraktionsverarbeitung). Um die Phase φz0 direkt aus dem Bodenkontrollpunkt GCP bei vorgegebener Höhe zu bestimmen, weist die Phasenextraktionsverarbeitung bei der dritten Ausführungsform einen Entscheidungsschritt (ST3021) über GCP bei vorgewählter Höhe sowie einen Extraktionsphasen-Entscheidungsschritt (ST3022) auf, und zwar anstelle von dem Höhenentscheidungsschritt, dem Orbitalparameter-Entscheidungsschritt und dem Höhe-in-Phase-Umwandlungsschritt, abweichend von der Phasenextraktionsverarbeitung bei der ersten Ausführungsform gemäß12.

Beim Schritt ST3021 (Entscheidung über den GCP bei vorgegebener Höhe) werden die Koordinaten des GCP bei vorgegebener Höhe erhalten, die von einem Benutzer in dem Empfänger 3021 für GCP-Daten bei vorgegebener Höhe eingegeben werden. Im Schritt ST3022 (Entscheidung über die extrahierte Phase) erfolgt eine Identifizierung der Phase φz0 des Pixels für jeden Satz von SAR-Bildern, unter Verwendung der Koordinaten des im Schritt ST3021 gewählten Bodenkontrollpunkts GCP, und entscheidet über die Phase φz0, die vom Pixelextraktor 1076 zu extrahieren ist. Beim Schritt ST3020 werden die Daten des Bodenkontrollpunkts GCP bei der vorgegebenen Höhe empfangen, und es erfolgt direkt eine Entscheidung über die Phase φz0 für die vorgegebene Höhe in dem SAR-Bild, ohne den Umwandlungsprozess mit dem Orbitalparameter.

Wie oben erläutert, erfolgt bei der dritten Ausführungsform eine Wahl eines Pixels mit einer Phase, die der Höhe für jeden Satz von zwei SAR-Bildern entspricht, und zwar unter Verwendung der Daten über die Interferenzphase und die Amplitude des SAR-Bilder mit mehreren Basislinien, und somit können die Streuzentren bei der gleichen Höhe extrahiert werden. In einen Falle, in dem die GCP-Daten 3010 bei vorgegebener Höhe die Information über die Höhe der Streuzentren nicht enthalten, extrahiert die Streuzentren-Extraktionseinheit 3000 nur die Streuzentren bei der gleichen Höhe wie bei den GCP-Daten 3010 bei vorgegebener Höhe.

In einem Fall, in dem die GCP-Daten 3010 bei vorgegebener Höhe die Information über die Höhe des Streuzentrums enthalten, führt die Streuzentrums-Extraktionseinheit eine Überlagerung und Synthetisierung der extrahierten Bilder 1080 bei den Höhen der Streuzentren durch und erzeugt ein 3D-SAR-Bild wie bei der ersten und der zweiten Ausführungsform.

Da die dritte Ausführungsform mehrere GCP-Daten bei mehreren Höhen in dem SAR-Bild verwendet, kann die dritte Ausführungsform die Berechnung des Orbitalparameters weglassen, um die vorgegebene Höhe in eine zu extrahierende Phase φz0 umzuwandeln, und sie kann die Verarbeitungsschritte ohne die Orbitalpositionsinformationen über den Sensor durchführen, was einen Unterschied zur ersten und zweiten Ausführungsform darstellt.

Die Verarbeitungsvorrichtung 1 für Signale eines Radars mit synthetischer Apertur gemäß der dritten Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass der Extraktionsprozessor 1070 mindestens ein Pixel auswählt, welches das Streuzentrum in einer bekannten Höhe repräsentiert, und extrahiert ein Streuzentrum in der gleichen Höhe als bekannte Höhe. Insbesondere kann das mindestens eine Pixel in den GCP-Daten 3010 bei vorgegebener Höhe einen Teil von Pixeln oder sämtliche Pixel in den GCP-Daten 1020 ausmachen. Diese Konfiguration ermöglicht es, dass die Verarbeitungsvorrichtung 1 für Signale eines Radars mit synthetischer Apertur die SAR-Bilder bei vorgegebenen Höhen extrahieren kann, ohne die Orbitalpositionsinformationen über den Sensor zu verwenden.

Bezugszeichenliste

1
Verarbeitungsvorrichtung für Signale eines Radars mit synthetischer Apertur
1000
3D-Bild-Erzeugungseinheit
1010
SAR-Bilder
1011
SAR-Bild
1012
SAR-Bild
1020
Bodenkontrollpunkt (GCP)
1030
Orbitalkoordinaten
1040
Streuzentrumshöhe
1050
Interferenzphasen-Prozessor
1051
SAR-Bild-Empfänger
1052
Korrelationsbestimmungs-Prozessor
1053
Phasendifferenz-Rechner
1054
Orbitalkoordinaten-Empfänger
1055
Orbitalstreifen-Rechner
1056
Phasensubtrahierer
1057
GCP-Empfänger
1058
Bias-Beseitigungseinheit
1060
Topographiestreifen
1070
Extraktionsprozessor
1071
Orbitalkoordinaten-Empfänger
1072
Orbitalparameter-Rechner
1073
Streuzentrumshöhen-Empfänger
1074
Phasenrechner
1075
Topographiestreifen-Empfänger
1076
Pixelextraktor
1080
extrahiertes Bild vom Streuzentrum bei vorgegebener Höhe
1090
Signal-Synthesizer
1091
Empfänger für extrahierte Bilder bei vorgegebener Höhe
1092
Streuzentrumshöhen-Empfänger
1093
Verkürzungskorrektor
1094
Daten-Synthesizer
1100
dreidimensionales SAR-Bild
1200
Schätzeinheit für Streuzentrumshöhen
2000
3D-Bild-Erzeugungseinheit
2010
Versatzwinkel vom Nadir
2020
Interferenzphasenprozessor
2021
Orbitalstreifenperioden-Rechner
2022
Fourier-Transformationseinheit
2023
Bandpassfiltereinheit (BPF-Einheit)
2024
Einheit für inverse Fourier-Transformationen
2030
Orbitalstreifenperiode
2040
Extraktionsprozessor
2041
Orbitalstreifenperioden-Empfänger
2042
Empfänger für Versatzwinkel vom Nadir
2043
Orbitalparameterrechner
3000
Streuzentren-Extraktionseinheit
3010
GPC-Daten bei vorgegebener Höhe
3020
Extraktionsprozessor
3021
Empfänger für GCP-Daten bei vorgegebener Höhe
3022
Extraktionsphasen-Entscheidungseinheit
3030
GCP-Höhendatendetektor
3031
Empfänger für GCP-Daten bei vorgegebener Höhe
3032
Empfänger für extrahierte Bilder von Streuzentren (Extraktionsbild-Empfänger)
3033
Höhendatenexistenz-Detektor
3040
Extraktionssignal-Synthesizer
3041
Empfänger für GCP-Daten bei vorgegebener Höhe