JP4649042B2 - レーダインターフェロメトリ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明はレーダインターフェロメトリ装置と、その用途に関する。
【０００２】
ここ数年にわたって、レーダ画像は、特に以下の文献により示されているように、複数のレーダ画像をコヒーレントに結合することにより利用できる、優れた可能性により向上した。
【０００３】
・R. GolsteinおよびH. Zebker、「海面海流のレーダインターフェロメトリ測定」、Nature、328、707〜709、1987、
・C. PratiおよびF. Rocca、「SAR複合調査による傾斜範囲の分解能向上」、IEEE Trans. Aerospace Elec. Sys.、29、135〜143、1993、
・H. ZebkerおよびR. Golstein、「SARインターフェロメトリ観測の地形図」、J. Geophys. Res.、91、4993〜5001、1986、および
・D. MassonnetおよびT. Rabaute、「レーダインターフェロメトリ：限界と可能性」、IEEE Trans. Geosc. and Remote Sensing、31、455〜464、1993。
【０００４】
本発明は、少なくとも１つのエミッタ衛星と、複数の受信衛星からなる少なくとも１つの受信衛星配列とを有するレーダインターフェロメトリ装置において、
複数の受信衛星は前記エミッタ衛星により照射される地面区域に向くように、かつ、
長軸は複数の衛星が正確に同期するように同一長さを持ち、
焦点は受信衛星軌道の各々に対して同一であり、エミッタ衛星軌道の焦点間の距離より長い距離により分離され、受信衛星軌道の離心率がエミッタ衛星軌道のそれとは異なり、
近地点引数は360°にわたって均一に分配される数値を持ち、１軌道周期中に受信衛星は数値が均一に分配される楕円を回り、
楕円は、エミッタ衛星軌道が受信衛星軌道と同一の昇交点経度と同一の位相を持っていた場合、エミッタ衛星が有することになる位置に中心付けられるように選択される軌道上に配置されていることを特徴とするものである。。
【０００５】
受信衛星はエミッタ衛星により照射される地面区域に永久的に向けることが好ましいが、一部の用途では、受信衛星を規定通りにのみ、または任意のみにエミッタ衛星により照射される区域に向けることができる。
【０００６】
受動受信機の配列により、既存のレーダ衛星をソースとして使用することにより、全てのレーダオプションを実現することができる。提案された配列は受動的な性質ということからして低コストである。
【０００７】
エミッタ衛星は受信衛星と同期することが好ましい。
【０００８】
配列は１つ以上の同心楕円軌道に配置された３つの受信衛星のうち、一つ以上の群を持つことが好ましい。
【０００９】
エミッタ衛星は、インプリメンテーションにより、配列の一部を形成できるか、またはそれから独立することができる。
【００１０】
レーダ受信機はエミッタ衛星により照射される地面区域からの信号を連続的に記録するように設計され、手段が距離増加により構成された連続列状でこのように記録された信号を再同期するために備えられることが好ましい。
【００１１】
利点的に、エミッタ衛星はＥＲＳ−１、ＥＲＳ−２、Ｒａｄａｒｓａｔ、およびＪ．ＥＲＳ−１などのレーダ観測衛星の群から選択される。
【００１２】
添付の図面を参照して本発明を以下に説明する。
【００１３】
方位分解能
図１と２では、Ｐ_１とＰ_２は２つのレーダ受信衛星を、Ｅはレーダエミッタ衛星を、Ｔは地面のレーダ標的を示す。
【００１４】
エミッタ衛星Ｅは、例えばＥＲＳ−１衛星から画像を作成する目的でパルスを送受信する従来のレーダ衛星であり、その放射はＥと同一周期を持つ軌道上に位置付けられた２つの受動受信衛星Ｐ_１とＰ_２により別の方法で使用される。
【００１５】
衛星Ｅはそれ自身の要求事項に適した割合でレーダパルスを発する。これらのパルスのパルス繰返し数はｐｒｆと記述する。２つのパルス間でＥ、Ｐ_１およびＰ_２は全て同一距離Ｄを移動する。ＥとＴ間の距離はＲである。ＥとＰ_１、Ｐ_２の中心間の距離はＸである。Ｐ_１とＰ_２間の距離はＢである。
【００１６】
以下の計算により、衛星は速度ｖすなわちｖ＝ｐｒｆ＊Ｄ）にて直線軌道をたどる。軌道曲率は若干理論結果を変更するが、その性質や大きさの程度は変更しない。同様に、非ゼロドップラーの写真を撮った時のように、ＥＴが速度に対して垂直でなかった場合、Ｔ上垂直にＥをＥ’に代え、それに従ってＸとＲを再定義することにより同一理論が起こる。
【００１７】
標的Ｔと、受信機Ｐ_１、Ｐ_２の各種距離は、電波で移動した行路がセグメント（Ｅ，Ｔ）について共通のため、Ｅの位置によらない。以下、
【数１】

この大きさにより受信機の間隔を定義し、信号標的からの行路長差が２つの連続パルス間の波長以上に変更し、同一標的に対して、ｐｒｆ以上の２つの受信機間のドップラー効果差が一致する。受信機が記録する信号は独立し、これらの位相を結合することにより、干渉縞を発生するためには、もはや使用されない。対照的に、信号を結合することにより、SPOTLIGHTモードと同じ手順を使用して、受動技術により、分解能を２倍向上することができる。
【００１８】
帯域ＣのＥＲＳ−１タイプの衛星について、Ｂ_Ｃは約１０ ｋｍである。
【００１９】
同一理論は３台以上の受信機に適用する。従って、３台の受信機を同一軌道上、１０ｋｍ間隔で配置することにより、ＥＲＳ−１データを使用して２メートルの分解能を得て、分解能を３倍向上することができる。
【００２０】
軌道に沿うインターフェロメトリ
受信機間の距離ＢがＢ_Ｃ’未満の場合、受信する信号は比率Ｂ／Ｂ_Ｃで独立するが、コヒーレントになる。特に、標的Ｔがある一定のドップラー値にて受信機Ｐ_１により確認された場合、ＢがＢ_Ｃ未満であるとして受信機Ｐ_２による同一ドップラー値にて数秒後に現れる。より正確には、図２の記号を使用して、エミッタＥ、標的Ｔ、受信機Ｐ_１間の、１つのパルスから次のパルスまでの距離の変動量は、以下の差になる。
【００２１】
【数２】

受信機Ｐ_２について、標的Ｔが別の位置Ｄ_２占める一般のケースの場合、この差は以下の差になる。
【００２２】
【数３】

受信機の各々の同一ドップラー値の標的Ｔを観測するには、以下により条件を求めることが必要である。
【００２３】
Δ_１＋Δ_２＝Δ_３＋Δ_４
あるいは、
Δ_１−Δ_３＝Δ_４−Δ_２
最初のオーダーについて、この条件は以下のように表される。
【数４】

（Ｄ_２−Ｄ_１）はエミッタのアンテナにより照射された幅Ｚ未満とし、標的Ｔは両方の場合で照射される。
【００２４】
実際、この方法についての限界は標的Ｔの継続時間にある。従って、海流については、標的は海面要素である。一時標的の寿命は０．１秒であり、例えば、以下のように設定することが必要である。
【００２５】
（Ｄ_２−Ｄ_１）＜０．1Ｖ
距離分解能
図３に示しているように、本構成は速度に対して垂直な面内にある。図はＥ、Ｐ_１、Ｐ_２、および地面の２つの標的Ｔ_１、Ｔ_２を示す。図により、Ｅ、Ｐ_１、Ｐ_２は同一軌道面を占めるが、絶対的に必須ではないものと仮定する。
【００２６】
衛星Ｅはそれ自身の要求によりある一定の帯域にわたりレーダパルスを送信する。一致する臨界サンプリング周波数はｆ_ｅと記述する。ＥとＴ_１間の距離はＲである。ＥとＴ_２間の距離はＲ＋ｃ／（２ｆ_ｅ）である。Ｐ_１とＰ_２間の距離はＢである。Ｔ_１とＯ間の距離はＸである。ＥとＯ間の距離はＨである。
【００２７】
標的Ｔ_１と受信機Ｐ_１、Ｐ_２間の距離は、電波で移動した行路がセグメント（Ｅ，Ｔ）について共通であるため、Ｅの位置によらない。以下、
【数５】

波長λを使用して、臨界基線Ｂ_ＣＰの別のタイプを以下のように定義する。
Ｂ_ＣＰ＝２ｆ_ｅλＲ^２／_ｃＨ
この大きさにより、２つの連続サンプルの行路長差が波長以上変更する受信機の垂直分離を定義する。以上のように、受信機が受信する信号は独立し、もはや干渉縞が位相結合により発生できないようにする。対照的に、信号を結合することにより、距離分解能を２倍向上することができる。
【００２８】
以下、長さＢ_Ｃと高さＢ_ＣＰ（図４と５）の軌道面の受信機に中心付けられた領域は「インターフェロメトリ領域」と呼ぶ。
【００２９】
ＥＲＳ−１タイプの帯域Ｃ衛星については、Ｂ_ＣＰは約５ｋｍである。同一理論が３台以上の受信機に適用される。従って、垂直に５ｋｍ間隔で配置された３台の受信機により、前記分解能が２０ｍのＥＲＳ−１データを使用して、行跡に対して垂直に約６メートルの地面分解能を得ることができる。
【００３０】
相対楕円Ｇの形状のため、利点的に、基線Ｂ_Ｃが多かれ少なかれ基線Ｂ_ＣＰの２倍に等しく、すなわち、近似値として、ＨＰ_Ｄ＝２ＲＰ_Ａであり、Ｐ_ＤとＰ_Ａは距離と方位角ピクセルサイズである（それぞれｃ／（２ｆ_ｅ）とＤに等しい）。説明したように、ＥＲＳ−１およびＥＲＳ−２衛星はこの条件を近似的に満足する。Ｒａｄａｒｓａｔなどの衛星もまたこれを満足することができる。とにかく、基線Ｂ_ＣとＢ_ＣＰは画像内で変更可能で、その数値は指示したように求められる。
【００３１】
本発明の状況では、データは小型アンテナ（マイクロ衛星と互換する）によりピックアップできるということが受け入れられている。従って、距離と方位角の点でレーダのアンビギティに対する画像孤立化はエミッタより劣り、電波を送信する場合のみ受信機の画像で減少するアンビギティと比較して、アンビギティ寄与率は電波が送信され戻って来る時に減少する。絶対的にいえば、エミッタアンテナの特徴に依るため、距離と方位角のアンビギティ増加と関連して質の低下を定量化することは困難である。しかし、アンビギティがコヒーレント結合に参加しないことが認められる。画像のコヒーレント結合では、受信機からの画像が重ねられる前段階が要求される。この重ね合わせは不明瞭でない主要画像に最適化される。
【００３２】
距離アンビギティに一致する、すなわち前のパルスのエコー（行跡に対して垂直に遠ざかる）の連続、あるいは後のパルスのエコー（行跡の接近標的）の開始から現れるゴースト画像は重ねられない。地形情報を行うようにするには、受信機は若干オフセットである地点から観測するものとする。このオフセットに起因する入射角変更は、臨界値を超えてはならなく、２つの画像の順次オフセットは一般に１ピクセル当たり１波長未満のままとなる。従って、この相対オフセットは搬送周波数に対するサンプリング周波数の比率、すなわち衛星次第で一般的に０．３％〜１％未満のままとなる。このオフセットの下限値は地形効果を起こす必要性に一致する。以上のように、極限値の１０分の１未満とはならない。従って、画像間の相対オフセットが少なくとも０．３％〜０．１％に達するということが保証される。幾何学的に言うと、これは「臨界垂直基線」の１０分の１に等しい回転半径を得ることになる。
【００３３】
あいまい画像の実画像間の距離のピクセル数がパルス繰返し数に対するサンプリング周波数の比率に等しいため、その比率は１０，０００（ＥＲＳ−１の場合）に等しく、相対オフセットを最小実数値とすると、あいまい画像は実画像同士が一致しても距離の数十ピクセル分オフセットのままとなる。従って、距離アンビギティはコヒーレント結合を発生しない。
【００３４】
数学的にいえば、レーダ搬送周波数をｆ_ｃ、距離サンプリング周波数をｆ_ｄ、およびパルス送信周波数をｆ_ａとする。距離のアンビギティオフセットの概念を考慮する。回転は垂直臨界基線（０＜α＜１）のα倍に設定する。このオフセットはｎピクセルごとの１ピクセルに等しい。従って、
ｎ＝（１／α）・（ｆ_ｃ／ｆ_ｄ）
しかし、２つの連続パルス間のピクセルの差はｍ＝ｆ_ｄ／ｆ_ａに等しい。アンビギティに関する残留オフセットは、実画像が正確に位置付けられていると仮定して、以下のようになる。
【００３５】
ｍ／ｎ＝αｆ_ｄ ^２／（ｆ_ｃｆ_ａ）
ＥＲＳの場合では、周波数は４０であり、基線が臨界基線の１０分の１であっても、オフセットはあいまい寄与率に対して４ピクセルになる。帯域Ｌ衛星については、これは１５０になる。
【００３６】
アンビギティに対して不十分に補償された放物線移動の現象のため、方位角アンビギティは公称画像より劣る分解能により特徴付けられる。ＥＲＳタイプの衛星でさえも、放物線移動が特に低い場合、距離拡張は２．５ピクセルに一致する。処理のミスマッチは方位角の同程度の大きさの劣化に繋がる。分解能電池が大きいため、水平・垂直臨界基線はＥＲＳの場合の２．５分の１に減少する。この構成は基線が臨界値の４０％に達するやいなや、方位角アンビギティはコヒーレントに結合するのをやめる。
【００３７】
かかる条件下、配列からのインターフェロメトリ結果に対する変更は、アンビギティの非コヒーレント寄与率のみの結果となる。たとえアンビギティが統合力の点で実画像の−１０ｄＢになっても、１サイクルの５％を超える標準偏差により実画像の位相を損なえない。結果にバイアスを掛けられない条件下で、アンビギティができることはノイズの追加である。
【００３８】
ゼロドップラー（行跡に対して垂直な）にて観測するレーダにより、−１／２ｆ_ａ〜＋１／２ｆ_ａの範囲で周波数が分析される。
【００３９】
この観測範囲は減少した周波数の２乗に比例し、すなわち、
βｆ_ａ ^２／４
であり、最も近い行路の距離に対する超過距離に一致する。なお、式中、βは超過距離を距離ピクセル単位で表すようにしたレーダシステム特有の幾何学係数である。ｆ_ａによる同一周波数オフセットにより起きた方位角アンビギティは、以下の超過距離間で変更する。
【００４０】
βｆ_ａ ^２／４ および β９ｆ_ａ ^２／４
アンビギティが実画像と同一方法で処理されるため、その超過距離は補償される。従って、０と２βｆ_ａ ^２の範囲にある残りの超過距離が残存する。あいまい標的の「距離拡張」は公称標的の超過距離の最大値の８倍に達する。ＥＲＳ衛星については２．５距離ピクセル拡張する。Ｊ−ＥＲＳ１などの帯域Ｌ衛星の場合、１５０ピクセルの拡張に達する。距離拡張はピクセル数の点で方位角の同程度の拡張に繋がる。従って、あいまい標的は、パルス応答がかなり広く、従ってインターフェロメトリ条件から素早く移動する「スポット」となる。例えば、Ｌ帯域衛星の後ろに配置されたインターフェロメトリ配列により、垂直基線が臨界垂直基線の１％に達する前に、方位角アンビギティを非コヒーレントにする。同様に方位分解能の劣化は、水平臨界基線のため、インターフェロメトリ効果から素早く移動する衛星をもたらす。
【００４１】
垂直インターフェロメトリ
受信機間の垂直距離ＢがＢ_ＣＰ’未満である場合、受信する信号は比率Ｂ／Ｂ_ＣＰ’により独立するか、あるいは行跡に沿ったインターフェロメトリに対して発生するものと同様にコヒーレントになる。受信機が得る２つの画像の位相を比較することにより、地域の地形を計算することができる。地形感度はアンビギティ高度により表され、近似的的ではあるが、次のように与えられる。
【００４２】
ｈ_ａ＝λＲ／Ｂ
本発明の装置
図４と５は、相互同期の受信衛星Ｓの本発明の配列を示し、エミッタ衛星に対して等時性であった、エミッタ衛星が占めた位置の回りの軌道周期についての楕円Ｇを説明し、離心率を変更していない軌道を説明するものである。
【００４３】
軌道に沿った受信衛星の近地点引数の正規分布により、楕円上の正式な位置を占める受信衛星をもたらし、中心から見て、楕円は一定速度で回る。
【００４４】
楕円の小半径ｒ（すなわち、垂直半径）は受信機の追加離心率ｅと、ｒ＝ａ・ｅの関係によりエミッタの軌道の半長軸ａと関連する。楕円の大半径（水平半径）は小半径の２倍である。
【００４５】
衛星は一定角速度で楕円を回るため、水平拡張が２倍となった円形として考慮される。従って、円形由来の水平距離は２を掛ける必要がある。
【００４６】
２つの受信衛星から成る配列により、本発明が提供した可能性の全てを表すことができるが、インターフェロメトリ楕円の回りの衛星位置により、衛星は時折一部の用途を可能にする「積重ね状態」、あるいはその他の用途を可能にする「並列状態」になるため、性能の全ては表せない。この配列が３つの衛星を持つ場合、完全な幾何学効率に達し、全ての用途が連続して行われるようになる。
【００４７】
円形に対して、３つの受信衛星Ｓ_１、Ｓ_２、Ｓ_３が正三角形の頂点を占める場合、垂直・水平基線は非常に狭い限界内で変更する。円形上の衛星位置は、時間ｔの関数として、それぞれ以下のようになる。
【００４８】
Ｘ_１ ＝ r cos（２πｔ／Ｔ）
Ｙ_１ ＝ ｒ sin（２πｔ／Ｔ）
Ｘ_２ ＝ r cos（２πｔ／Ｔ＋π／３）
Ｙ_２ ＝ ｒ sin（２πｔ／Ｔ＋π／３）
Ｘ_３ ＝ r cos（２πｔ／Ｔ＋２π／３）
Ｙ_３ ＝ ｒ sin（２πｔ／Ｔ＋２π／３）
式中、Ｔは軌道周期（Ｅと等時性）であり、ｒは受信機の全てが軌道周期中に回る「インターフェロメトリ回転」の半径である。
【００４９】
水平または垂直基線は以下の数値を持つ。
【００５０】
Ｘ_１−Ｘ_２，Ｘ_２−Ｘ_３，Ｘ_３−Ｘ_１，Ｙ_１−Ｙ_２，Ｙ_２−Ｙ_３，Ｙ_３−Ｙ_１ そして、以下が測定される。
【００５１】
１．５ｒ ＜ Ｍax（Ｘ_１−Ｘ_２，Ｘ_２−Ｘ_３，Ｘ_３−Ｘ_１）＜ √(３ｒ)
これら２つの限度値があまり違わないため、Ｙの数値に等しく有効なフレーミングとともに、水平、垂直両方に安定するインターフェロメトリ基線を持つことができる。受信機のインターフェロメトリ表面がオーバラップ（非ゼロ交差）するようにｒを選択することにより、行跡に沿ったインターフェロメトリと垂直インターフェロメトリを行うことができる。これらの操作に使用できる信号比率は、受信機のインターフェロメトリ領域に対する交差領域に等しい。受信衛星の配列が受信する信号を結合することにより得られる分解能は、方向角においては、受信機のインターフェロメトリ領域の結合のＢ_Ｃを掛け、長さＬ_Ｃで割るレーダＥの公称分解能に、また距離においては、この結合のＢ_ＣＰを掛け、高さＨ_Ｃで割るＥの公称分解能に等しい（図４）。
【００５２】
エミッタは楕円中心に位置付けられるか、楕円中心の「軌道」上の前か後ろに配置されてもよい。また、若干異なる昇交点経度も持つことができ、配列の衛星との衝突の危険性を低減する。エミッタと配列間の距離は問題なく２０〜３０キロメートルと同じくらい、あるいはそれ以上になる。サーチ効果は必須的に衛星自体の構成に依る。
【００５３】
配列の部材にはまた若干異なる昇交点経度が与えられるが、説明した使用が大いに変更されるか不可能となるため、これらはインターフェロメトリ楕円のわずかな一般半径を超える行路差に繋がってはならない。
【００５４】
しかし、エミッタと受信機の傾きは、配列が迅速に変形されるため、非常に似た状態となる。
【００５５】
配列の幾何学
起伏の正確な計算と高分解能の実行では、配列の幾何学についての正確な知識が必要である。この知識は、ＤＯＲＩＳまたはＧＰＳタイプの搭載システムから得られ、受信機から、あるいはインターフェロメトリ基線がランドスケイプの残存縞を排除することにより調整された後の画像間の相関関係により改良される。
【００５６】
ディジタルモデルが平均分解能の地球の地形について利用可能であれば、処理前のこのモデルを軌道に乗せてインターフェロメトリ高度を計算することにより、本発明を使用して提供される分解能向上に一致する標準偏差を持つ残存物を発生する。実際非常に劣る概略モデル（例えば、１００ｍの側部を持つ電池の３０メートル（ｍ）の垂直平方自乗平均（ｒｍｓ）誤差により、インターフェロメトリ基線を非常に正確に設定することができる。インターフェログラムの４コーナーで計算したように、１０ｋｍの側部を持つ領域の残存物の平均値は、統合の膨大な量（概略モデルが単に不正確で、偏向されていないことを条件として）を与えるとして、１センチメートル未満の垂直不確定性に一致する。１キロメートル寸法の立体鏡基線のセンチメートル知識により、１メートル未満の誤差、数キロメートルの高度バラツキさえもの寄与率が保証される。ディジタルモデル、すなわち概略モデルを軌道に乗せることにより、残存物が必須的に縞に含まれるため、「縞ほどき（unraveling）」効果が省略することができる。
【００５７】
直接標的のエミッタ信号を使用して、配列中の衛星位置を見つけ出す別の方法が存在する。
【００５８】
連続的に記録された配列のマイクロ衛星からのデータがエミッタからの直接信号（できればピーク限界）を、配列の他の衛星が反射する直接信号からの間接信号とともに含み、一般に互いに約１０ｋｍ離れて位置付けられると仮定して、直接信号によりパルスの特徴とパルス繰返数を測定することができる。
【００５９】
図５では、図４と類似し、距離Ｄ１、Ｄ２、Ｄ１２、Ｄ１３、Ｄ２３が示され、３つの衛星を持つ構成用に計算する必要がある。
【００６０】
互いに、またエミッタに対するマイクロ衛星は、１時間にわずか数十キロ（１軌道当たり１回転）、すなわち一般に１秒につき１０メートル（回転直径が大きい帯域Ｌ）移動する。常に１キロヘルツより大きいパルス繰返数にて、各パルスは１センチ、すなわち完全位相サイクルの２％〜３％（依然として帯域Ｌにある）未満の前のパルスに対する位相のずれを受ける。これはまた、回転半径が比例して減少するため、帯域Ｃにおいて真実である。各種エコーは距離扁平率による遠隔測定法から抽出、方位角においてスペクトル分析され、エコーはゼロ周波数に非常に近いピークとして現れる。これらのピークの正確な周波数を分析することにより、マイクロ衛星がエミッタに近づく速度が与えられる。１分間にこれらの速度を観測することにより、１分内の何分の１かの波長変位量に一致する速度が特徴付けられる。１分間、すなわち約１００，０００パルスを平均することにより行われる距離測定により、理論的に１０センチ以下の精度が得られる。衛星の形状と反射の正確な状態についての知識の欠如により、測定値に制限があることは明らかである。この限界値はマイクロ衛星に代表的な寸法が与えられたメートルオーダーである。
【００６１】
各マイクロ衛星からの画像を相互に関連させることにより、距離Ｒ_２１とＲ_２３（配列面にない）と、Ａ_１２とＡ_１３（遅延）を測定することができる。これらの測定値に関連した精度は、本発明手段と比較して、相関技術に関する将来の進行を害することなしに、約数百ピクセルである。画像全てをこの測定に使用すると仮定して、全ての距離が数十センチから１メートルまでの精度で理解される。この測定値の良好な分割性により、衛星位置に関する同一精度の位置付けが提供され、インターフェロメトリ基線の微調整により、図に対して垂直な方向に強化される。
【００６２】
レーダエミッタ
エミッタＥは、主にレーダ観測衛星であり、部分的に分解されている。例えば、データ送信装置が分解された衛星は、エミッタとして使用することができる。また、特定エミッタを使用でき、ペイロードにおいて受信機と遠隔測定送信を欠いている。
【００６３】
利点的に、レーダエミッタはエネルギーに依存しなくても使用でき、特に、ＰＣＴ特許出願公開第９７／３４８０１号明細書に定義された種類のエミッタである。
【００６４】
エミッタは、地球中心を含む面に実質的に延長し、太陽に向けられた面に太陽電池を持ち、電池はエミッタに電力を供給するのに十分な太陽発電器に属する、アンテナ形成要素（すなわち「レーダセイル」）により必須的に構成される。
【００６５】
図７は上記公開明細書の図４を再現したものであり、１２はその文献のエミッタ衛星サービスモジュール、１１と１３はそれぞれアンテナ形成要素と、太陽発電器の電池を示す。
【００６６】
示された衛星は、各種面で顕著である。
【００６７】
その軌道は低軌道であり、アンテナ形成要素１１は地球中心を含む面に実質的に延長する（回転角度９０°）。任意的にその両方の面から放射する能力を持つ。
【００６８】
また、重力軸に沿う寸法で定義したこの要素１１の高さＨは、垂直方向（衛星面がその軌道面と一致する場合を示す図６の速度ベクトルＶの方向）の寸法Ｌより当然はるかに長いか、アンテナ形成領域、できれば部分的に中空領域により高さ方向Ｈに追加され、衛星は重力傾度で自然に安定する。
【００６９】
また、太陽電池１３はアンテナ形成要素１１の面の１つに、できれば両面に配置される。
【００７０】
さらに、要素１１はその領域に分配され、位相と送受信された電波振幅をモニターする点を有する。
【００７１】
固定可能な構成に対応することができ、変形と絶対姿勢誤差は、その領域に分配されたＧＰＳセンサーが供給する位相測定値を処理することにより測定され、続いて制御手段により補償される。
【００７２】
衛星アンテナは好ましくは軌道面にあり、衛星軌道は好ましくは太陽同期であり、アンテナ形成要素１１の特別な面に配置された、太陽電池の最小太陽面角度を保存する。アンテナ面は影にある要素１１の面を占め、太陽電池によって占めらていない部分にてもう一方の面を占めることができる。角度差が約３０°に制限される（軌道傾きと太陽上昇の累積効果）ため、午前６：００または午後６：００の現地時間は最適である。しかし、このように実行できる太陽電池の大領域により、午前６：００／午後６：００の軌道面との大きな差を認識することができる。
【００７３】
固定現地時間の太陽同期により、要素１１の熱設計を簡単にできるが、衛星はまた正午／夜中面の側面から側面を含む現地時間を変更でき、あるいは（もっと太陽同期で、軌道は常に傾いたまま）漂流する現地時間にて操作できるよう設計される。このため、太陽電池の全表面領域が増加する必要があることを意味しても、要素１１の２つの面が太陽電池に覆われる領域を持つことを満足する。しかし、現地時間が正午／夜中に近づくたびに、操作が保証されないということは明らかである。
【００７４】
要素１１後部の太陽電池１３の密度は、電池により遅延なく前記アンテナのエネルギー要求をカバーするよう選択することができる。必要な場合、要素１１はアンテナを形成せず、太陽電池を持つ部分を含むことができる。
【００７５】
従って、機械構成を再利用することにより、要素１１は非常にパワフルで、できれば最高性能を持つ標準サービスモジュールに付随するものより、はるかにパワフルな太陽発電器を提供し、もはやそれ自体の要求を担当する必要のない場合、サービスモジュール１２の電源サブシステムを非常に簡単にすることができる。
【００７６】
要素１１の装置の各項目または装置の項目群は、それ自体のエネルギー源に直接結合されるため、エネルギーの運搬・変換を行う機能は簡略化され、サービスモジュール１２や、それとのリンクは含まれない。
【００７７】
レーダセイルの概念では、実質的に永久的に作動する「照射器」を製造するものとし、マイクロ衛星、好ましくは本発明により構成された６つのマイクロ衛星の配列に信号を供給する。
【００７８】
かかるシステム結合の利点は、以下の点である。
【００７９】
・レーダセイルの利点として、簡略化と低コスト。
【００８０】
・本発明の利点として、全状況下でコヒーレントな結合（インターフェロメトリと高分解能）、受動システムの判断、混雑のしにくさ。
【００８１】
従って、この結合は高分解能を持つ、混雑しにくい、低コストのレーダシステムに繋がる。
【００８２】
レーダ受信機
この配列の受信衛星はその簡略化と低コストにより特徴付けられる。信号を送る必要がないため、エネルギー消費量は低く、エネルギーを発生したり貯蔵する小手段のみを必要とする。利点的に、アンテナ放射パターンの形状と、送信された信号に対する責任はエミッタに託される。従って、受信機は直径が短いアンテナで間に合い、配備する必要がない。結果として、同様にエミッタに要求されるものよりも概略標的で間に合う。
【００８３】
対照的に、配列の幾何学は正確にコンパイルされ、他のものの中で、受信衛星が正確に同期する必要がある。特に受信衛星の配列の標的能力により、前記区域が移動しても、エミッタ衛星が照射する地面区域をたどることができる場合、エミッタ衛星の同期性は一部の場合で緩和される。エミッタは地面の広大な区域を照射し、非常に高い高度に位置する電気通信衛星となる。受信機の配列は、区域とともに移動しなくても、前記区域に向けられる（一般に電気通信衛星は地球に対して静止状態を保ち、同様に地球に対して静止状態を保つ区域を照射する）。概して、軌道が低いほど、同期性をコンパイルするということが重要になってくる。太陽同期軌道の場合、同期性により、照射区域が移動しないということのみならず、エミッタ衛星からの放射を利用するため、エミッタ衛星の周辺に連続して残存する可能性が保証される。いずれにしても、受信機は非常に正確な位置付け手段を持つ必要がある。位置における配列維持を支持する点は、受信機の配列とエミッタの両方が受ける軌道妨害の類似性である。受信機の同一形状により、アトモスフェリック・ブレーキングが実際同一であるということが保証され、パラメータＸ（図１と２）はかなり広範囲で変更するため、その点はエミッタにとってあまり重要でない。衝突の危険性は、受信機を遠ざけることにより（図１の距離Ｘ）、受信機に対して若干異なる軌道面を利用して限定される。例えば、受信機の昇交点間の５０ｍ〜１００ｍの経度差より安全度が供給される。しかし、これらの経度差は、インターフェロメトリ楕円のわずかな一般半径を超えてはならない。理論的に、受信機がたどる行路同士は離心率と近地点設定のため、決して接触しない。軌道面のはるかに大きな差（例えば、１０ｋｍ〜２０ｋｍ）を持つエミッタには欠点が無い。
【００８４】
受信機は適度な割合でエミッタ信号をサンプリングするものとする。従って、受信機が記録する信号は、各パルスによってもたらされる列状となって構成されないが、連続している。受信機の信号は、例えば、近隣のアルゴリズムを利用することにより、地上で再同期する必要がある。受信アンテナがエミッタアンテナより小さい場合、信号レベルは低くなる。
【００８５】
一例として、受信衛星はＣ帯域（λ＝５６ｍｍ）で送信するＥＲＳ−１衛星に関連する。アンテナは直径約１メートルの円形である。低いゲインを与えると、１６ＭＨｚの複合サンプリング速度で２ビットにて記録が行われる。その速度は一定であり、制御装置は必要としない。ＳＰＯＴなどの他のシステムと同様に、１秒当たり６４ Ｍｂｉｔで遠隔測定をする。受信機は既存手段（固体記憶装置と従来設計の遠隔測定チャネル）を利用することができる。
【００８６】
おそらく異なる帯域で、複数の衛星に適応できる一般受信機を使用することができる。かかる衛星は電気推進システムを備えることができ（そのペイロードはあまりエネルギーを消費しないため）、複数の軌道変更を実行することができ、その寿命にわたり１つのエミッタ「クライアント」から別のものに通過する。また、適応可能な受信機により、地面の電波放出源を正確に位置付ける配列を使用することができる。
【００８７】
用途
本発明の装置の用途を、例により以下に説明する。
【００８８】
１） 民間「放射」ベースの軍事衛星
インターフェロメトリ配列を使用して、同時に民間および軍事要求用であるが、非常に異なる技術・操作特徴を持つレーダ衛星を使用することができる。一例として、エミッタは中程度の性能（約１０メートルの分解能）を持つ民間衛星となる。インターフェロメトリ区域がオーバラップする必要のある受信配列は、１つ（図４）、または２つ（図５）の「インターフェロメトリ回転」から成る。
【００８９】
利点は以下の通りである。
・軍事システムが大幅に混雑しにくくなる。民間エミッタが混雑しても、軍事受信機の画像に対する影響は全く無い。その位置は分離しているため、相手に知られないままである。また、エミッタに対する受信配列をしばしば移動することができる。しかし、入射光と反射光間の角度差は、画像が同一特徴を保持し、画像の読みに特別な訓練を必要としないようにするには、十分小さいままとする。
【００９０】
・配列の非混雑利点は、本発明により得られた画像の若干バイスタティックな特徴により簡略化される。受動装置により配列を隠すことは不可能である。巨大サイズの「コーナーレフレクター」が従来衛星での受信を飽和させることにより、数十平方キロメートルの区域をマスクするのに対して、配列との入射角と反射角の差により、かかるコーナーを無効にする。コーナーのサイズが大であるほど指向性になる。
【００９１】
・民間使用者がアクセス不可能な高分解能。高分解能は遠隔測定に民間使用者がアクセスできない受信機からのコヒーレントな画像結合に起因する。分解能は特別な波長に与えられた帯域幅を与えると、考える以上に高度となる。例えば、Ｌ帯域民間システムが法的に３０ ＭＨｚに制限されたとしても、配列は非常に広い帯域幅（例えば、１００ ＭＨｚ）に等しい画像を作成することができ、目的の相対帯域幅にアクセスすることができる。
【００９２】
・水平基線の使用により、方位角の分解能を向上できるか、一般に１秒分分離された公称分解能の画像を比較することができる。この特徴により、水平分離された２つの画像の位置の違いから、移動している標的を検出することができる。
【００９３】
・通常、レーダ分解能を増加するには、観測下で小型サイズの電池に与えられる電力を増加する必要がある。本発明では、電力増加はマイクロ衛星の各種アンテナ領域のコヒーレント結合により得られる。６つのマイクロ衛星を持つ構成では、受信アンテナの結合サイズは、エミッタアンテナのサイズを超えることができる。２５平方メートルの面積を持つ単一アンテナを配備するよりも、各々が４平方メートル面積を持つ６本の独立アンテナを立て、配備することははるかに簡単であるため、この状態は明白というよりはむしろ利点的である。
【００９４】
・本発明の別の利点は捕捉速度である。従来の開口合成レーダでは、アンテナが飛行方向に短いか、標的に向けられたまま（SPOTLIGHTモード）のため、方位分解能を向上させると、標的が長期の間照射されるよう要求される。本発明は、任意標的に必要な照射時間を増加せずに、平行に方位高分解能を提供する。
【００９５】
２）海流測定
水平基線の使用により、海流のチャートを作成することができる。物理的理由で０．１秒までの観測の継続時間を制限することが必要であるとして、位相分解能の１００分の１（すなわち、Ｃ帯域で０．３ｍｍ）での観測は、精度が衛星の観測方向において１秒につき３ｍｍの推定値に繋がる。ＥＲＳ−１タイプの地点（２３°の入射角）で、この精度は、衛星行跡に垂直方向に２．５分の１に、海流方向が衛星の飛行方向から２０°未満分異なる場合、４分の１以上に低下する。衛星の方位角に対して海流が２０°で、かなり好ましくない状態においては、測定精度は１ノットの２０分の１となる。ヘクタールオーダー区域の信号平均値を計算できる場合、分解能の１００分の１の観測が現実化する。
【００９６】
垂直基線に関連したインターフェロメトリ効果はそれと共存する。しかし、海面の地形が簡単で公知の場合、減算されるべき縞の正規パターンという形をとる「垂直」寄与率を排除することが簡単となる。
【００９７】
３）地球の地形測定
水面より上の土地の場合、垂直基線により、地球の地形を計算できるか、または、それについての従来知識を向上させることができる。同時観測のため、大気効果が排除される。これらはこの用途において現在の主要限界である。軌道構成により、地球の位置に関係なく安定基線（「回転」の垂直半径の１．５〜１．７倍の範囲にある）を作成することができる。この半径を変更することができ、「位相解明（phase unraveling）」を必要としない地形の概略モデルを計算することにより開始し、また半径を増加することにより、概略モデルが「位相解明」に対して満足する精密モデルを計算することができる。
【００９８】
例えば、ＥＲＳ−１衛星かＥＲＳ−２衛星に結合し、半径１００メートル（すなわち、約１５０ｍの基線）を使用する配列により、アンビギティが３００メートルの高度をもたらす。３００メートル以内までの地球の地形についての従来知識により、位相解明を用いる必要性を回避することができる。地形がこの第１パスの後に得られる精度は、３０メートル以下である。
【００９９】
１０００メートルの半径（すなわち、約１５００ｍの基線）については、約３０メートルの高度アンビギティが得られる。最初の段階で得られた地形により、自動的に縞を無くせる。この第２パスに起因する地形精度は３メートル以下である。
【０１００】
最大半径（すなわち、５ｋｍの極限値に近い基線）については、地形が適している場合、特に、基線がすでに距離分解能を向上させている場合、より良い結果に達することができる。
【０１０１】
４） 微分インターフェロメトリ
本発明の装置は、とりわけ延期されていない、あるいはあまり延期されていない用途を可能にすることができる（距離および分解能の向上、瞬間インターフェロメトリ、行跡に沿ったインターフェロメトリ）。本発明の別の利点は、軌道抑制を緩和できる範囲では微分インターフェロメトリにある。地面の個々の標的の保存に加えて、微分インターフェロメトリでは、スペクトル特徴が方位角と距離において保存される必要がある。すなわち、衛星の２つのパスは、インターフェロメトリ表面との非ゼロ角度で交差する。この表面のサイズを大幅に増加することにより、配列によりこれらの条件を満足することや、軌道制御がかなり劣る旧式レーダ衛星の全体的なアーカイブをピックアップすることが簡単になる。
【０１０２】
本発明は上記実施の形態に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【図１】方位分解能とインターフェロメトリがどのように軌道に沿って定義されているかについての説明図。
【図２】方位分解能とインターフェロメトリがどのように軌道に沿って定義されているかについての説明図。
【図３】距離分解能と垂直インターフェロメトリがどのように定義されているかについての説明図。
【図４】本発明によるレーダ受信衛星の配置図。
【図５】本発明によるレーダ受信衛星の配置図。
【図６】図４と同様の配置図。
【図７】本発明の実施形態で使用されるエミッタ衛星の概略側面図。

Claims (9)

1. 少なくとも１つのエミッタ衛星（Ｅ）と、複数の受信衛星（Ｓ）からなる少なくとも１つの受信衛星の配列と、を有するレーダインターフェロメトリ装置において、
   それらの衛星が、前記複数の受信衛星が前記エミッタ衛星により照射される地面区域に向くように選択された複数の軌道上に、配置され、かつ、それにより、
   ・ 複数の前記軌道の長軸は、複数の衛星が正確に同期するように、同一長さを持っており、
   ・ 複数の前記軌道のそれぞれにおける複数の焦点はある距離だけ隔たっており、
   前記距離は、
   前記複数の受信衛星の複数の軌道の各々において同一であり、且つ、
   前記エミッタ衛星の前記軌道の複数の前記焦点間の距離よりも長く、
   それにより、前記受信衛星の軌道の離心率が前記エミッタ衛星の軌道のそれとは異なっており、且つ、
   ・ それらの複数の近地点の複数の引数は、３６０°にわたって均一に分配される数値を持ち、
   それにより、１軌道周期の間に、前記複数の受信衛星は、前記複数の受信衛星が均一に分配される、楕円（Ｇ）を回り、エミッタ衛星の軌道が、前記複数の受信衛星の軌道と、同一の昇交点経度及び同一の位相を持っていた場合、前記楕円は、エミッタ衛星が有することになる位置に中心付けられている、
   ことを特徴とする、
   レーダインターフェロメトリ装置。
2. 前記エミッタ衛星は前記受信衛星と同期することを特徴とする請求項１記載の装置。
3. 前記軌道は太陽同期軌道であることを特徴とする請求項１または２記載の装置。
4. １つ以上の同心楕円に配置された３つの受信衛星（Ｓ_１，Ｓ_２，Ｓ_３；Ｓ_４，Ｓ_５，Ｓ_６）の１つ以上の群から成ることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の装置。
5. 前記配列の一部を形成する、前記楕円上に配置された、エミッタ衛星（Ｅ）を備えていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の装置。
6. ＥＲＳ−１、ＥＲＳ−２、Ｒａｄａｒｓａｔ、およびＪ．ＥＲＳ−１などのレーダ観測衛星の群から選択されたエミッタ衛星（Ｅ）を備えていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の装置。
7. 複数の前記受信衛星（５）は前記エミッタ衛星により照射される地面区域からの信号を連続的に記録するように設計され、距離増加により構成された連続列状で、このように記録された信号を再同期するための手段が備えられていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の装置。
8. ほぼ地球中心を含む面内で延長し、太陽に向けられた状態の面内でエミッタに電力を供給する太陽発電器の太陽電池（１３）を持つアンテナ形成要素（１）を含むエミッタ衛星（Ｅ）を備えていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の装置。
9. ６つの受信衛星（Ｓ_１〜Ｓ_６）を備えていることを特徴とする請求項８記載の装置。

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