JP6879386B2 - 合成開口レーダの信号処理装置及び信号処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、合成開口レーダにおける観測データに対する信号処理を行う信号処理装置及び信号処理方法に関する。

合成開口レーダ（ＳＡＲ：synthetic Aperture Radar）技術は、飛翔体（人工衛星や飛行機等）が移動しながら電波を送受信し、大きな開口を持ったアンテナの場合と等価な画像が得られるように人工的に開口を合成する技術である。合成開口レーダは、例えば、地表からの反射波の強弱を画像化して、地表の起伏や構造物等をイメージ化するために利用される。

非特許文献１には、人工衛星等の飛翔体によるマイクロ波レーダ観測が地表の同一地点で異なる時期に２回以上実施され、反射波の位相の差をとることによって地表の変動を解析する技術である干渉ＳＡＲが記載されている。非特許文献１には、さらに、３次元解析の一手法に相当する２．５次元解析（２．５次元変位解析）と称されている技術が記載されている。非特許文献２にも、２．５次元解析が詳述されている。なお、厳密には、２．５次元解析は、３次元解析とは異なる。

２．５次元解析では、異なる２方向からの時系列観測データから、地表の変位速度が算出される。変位速度は、観測期間における地表の変動量（変位量）である。地表の変位は、例えば、地盤の隆起や沈降、ならびに、道路や建造物のような構造物の傾き及び変形である。

さらに、２．５次元解析では、飛翔体の北行軌道（上昇軌道）と南行軌道（下降軌道）の２方向の解析結果が合成され、変位速度が準東西方向と準上下方向との成分に分離される。当該技術によれば、地表の各地点（２次元的に分布）について飛翔体の視線方向（観測方向）面上の変位（２次元成分）が得られるので、当該技術は、２．５次元解析と呼ばれる。

山中雅之他、"干渉SAR時系列解析による地盤沈下の検出"、国土地理院時報、No. 124、2013年 Satoshi Fujiwara et al.、"2.5-D surface deformation of M6.1 earthquake near Mt Iwate detected by SAR interferometry"、Geophysical Research Letters、Vol.27, No. 14、pp. 2049-2052、July 15, 2000 Alessandro Ferretti et al. "Permanent scatterers in SAR interferometry"、IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing、39(1), pp. 8-20, 2001 T. Tanaka et al.、"Persistent Scatterer Clustering for Structure Displacement Analysis Based on Phase Correlation Network"、IEEE IGARSS 2017、pp. 4618-4621, 2017

２．５次元解析では、対象を異なる２方向から観測した際に得られる変位速度がベクトル合成される。合成開口レーダの信号処理装置は、図１７に例示されるように構成されると想定される。

図１７に示す信号処理装置は、変位解析部３０１、補間処理部３０２、変位速度解析部３０４及び２．５次元変位解析部３０５を含む。

変位解析部３０１は、各観測方向における観測データから反射点ごとに変位速度を得る。補間処理部３０２は、観測方向ごとに観測画像内の異なる位置に現れる反射点を等間隔に配置する。変位速度解析部３０４は、補間後の各反射点の変位速度を取得する。２．５次元変位解析部３０５は、観測方向ごとの各反射点の変位速度について２．５次元解析を行う。なお、変位解析部３０１には、複数のデータすなわち時系列観測データが入力される。

図１８は、図１７に示された信号処理装置の動作を示すフローチャートである。

図１８に示すように、変位解析部３０１は、観測方向ごとの時系列観測データを入力データとして、観測方向ごとに時系列変位解析を行う（ステップＳ３０１）。変位解析の方法として、例えば、非特許文献３に記載されているようなＰＳＩ（Persistent Scatterer Interferometry）と呼ばれる手法が利用される。ＰＳＩは、安定反射点を抽出して、その点に対して変位解析を行う手法である。

なお、安定反射点は、長期間（少なくとも、観測期間）に亘ってコヒーレンスが低下せず、安定した信号を反射する点（散乱体）である。安定反射点は、長期間に亘って反射強度が安定している（所定値以上の強度の電波を反射する。）点であると規定されてもよい。また、安定反射点は、長期間に亘って位相が安定している点であると規定されてもよい。さらに、安定反射点は、長期間に亘って後方散乱特性が変化しない（許容可能な程度で変化する場合も含まれる。）点であると規定されてもよい。

補間処理部３０２は、観測方向ごとに異なる画素に現れる安定反射点を、等間隔のグリッド上に配置する補間処理を行う（ステップＳ３０２）。変位速度解析部３０４は、補間後の各安定反射点の変位速度を算出する（ステップＳ３０４）。そして、２．５次元変位解析部３０５は、観測方向ごとに、同じ位置にある安定反射点の変位速度について２．５次元解析する（ステップＳ３０５）。

図１７に示されたような信号処理装置は、以上のように、２．５次元解析を実行する。

時系列変位解析で得られる安定反射点が現れる画素は、観測方向ごとに異なる。したがって、信号処理装置は、複数の観測方向のそれぞれにおいて同位置又は近傍にあると思われる画素の対応付けを行った後に、対応する安定反射点ごとに２．５次元解析を行う。そのような解析手法が用いられる場合、建造物のような広がりのある解析対象に着目した変位解析を行うことは難しい。なぜなら、変位解析を行うときに、各々の観測方向における時系列観測データから抽出される安定反射点と解析対象との対応（すなわち、解析対象における安定反射点であること。以下、観測対象安定反射点ということがある。）を見いだした上で、ある観測方向における観測対象安定反射点と他の観測方向における観測対象安定反射点とを対応づけることが求められるからである。

また、図１７に示されたような信号処理装置の解析結果は、安定反射点の密度が少ない場所や、周囲と異なる変位を示す安定反射点がある場所が観測対象（解析対象）とされたときに、誤差を含んでいるという課題もある。

本発明は、異なる方向からの複数の観測データに基づく変位解析結果を組み合わせて変位解析を行う（合成変位解析を行う。）ときに、解析結果の信頼性を高めることを目的とする。

本発明による合成開口レーダの信号処理装置は、レーダによって複数の観測方向から観測された観測対象についての観測方向ごとの時系列観測データから、観測方向ごとに、複数の安定反射点を抽出する安定反射点抽出部と、各々の観測方向ごとに、複数の安定反射点をグループ化する安定反射点グルーピング部と、各々の観測方向ごとに、グループ化で作成されたグループから、解析対象に属する安定反射点を含む安定反射点グループを選択するグループ選択部と、選択された安定反射点グループの変位速度を合成する変位速度処理部とを含み、合成される変位速度は、異なる複数の観測方向のそれぞれに対応する変位速度である。

本発明による合成開口レーダの信号処理方法は、レーダによって複数の観測方向から観測された観測対象についての観測方向ごとの時系列観測データから、観測方向ごとに、複数の安定反射点を抽出し、各々の観測方向ごとに、複数の安定反射点をグループ化し、各々の観測方向ごとに、グループ化で作成されたグループから、解析対象に属する安定反射点を含む安定反射点グループを選択し、選択された安定反射点グループの変位速度を合成し、合成される変位速度は、異なる複数の観測方向のそれぞれに対応する変位速度である。

本発明による合成開口レーダの信号処理プログラムは、コンピュータに、レーダによって複数の観測方向から観測された観測対象についての観測方向ごとの時系列観測データから、観測方向ごとに、複数の安定反射点を抽出する処理と、各々の観測方向ごとに、複数の安定反射点をグループ化する処理と、各々の観測方向ごとに、グループ化で作成されたグループから、解析対象に属する安定反射点を含む安定反射点グループを選択する処理と、選択された安定反射点グループの変位速度を合成する処理とを実行させるプログラムであって、合成される変位速度は、異なる複数の観測方向のそれぞれに対応する変位速度である。

本発明によれば、異なる方向からの複数の観測データに基づく変位解析結果を組み合わせて変位解析を行うときの解析結果の信頼性を高めることができる。

合成開口レーダの信号処理装置の第１の実施形態の構成例を示すブロック図である。 第１の実施形態の動作を示すフローチャートである。 第１の実施形態の効果を説明するための説明図である。 合成開口レーダの信号処理装置の第２の実施形態の構成例を示すブロック図である。 第２の実施形態の動作を示すフローチャートである。 合成開口レーダの信号処理装置の第３の実施形態の構成例を示すブロック図である。 第３の実施形態の動作を示すフローチャートである。 第３の実施形態の効果を説明するための説明図である。 合成開口レーダの信号処理装置の第４の実施形態の構成例を示すブロック図である。 第４の実施形態における安定反射点グルーピング部の構成例を示すブロック図である。 第４の実施形態の動作を示すフローチャートである。 合成開口レーダの信号処理装置の第５の実施形態の構成例を示すブロック図である。 第５の実施形態の動作を示すフローチャートである。 ＣＰＵを有するコンピュータの一例を示すブロック図である。 合成開口レーダの信号処理装置の主要部を示すブロック図である。 他の態様の合成開口レーダの信号処理装置の主要部を示すブロック図である。 一般的な合成開口レーダの信号処理装置を示すブロック図である。 一般的な合成開口レーダの信号処理装置の動作を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。

実施形態１．
図１は、合成開口レーダの信号処理装置の第１の実施形態の構成例を示すブロック図である。第１の実施形態の信号処理装置は、安定反射点抽出部１０１、安定反射点グルーピング部１０２、グループ選択部１０３、変位速度算出部１０４、及び変位速度合成部１０５を備えている。安定反射点抽出部１０１、安定反射点グルーピング部１０２、グループ選択部１０３、変位速度算出部１０４、及び変位速度合成部１０５は、通信可能（データ送受信可能）に接続されている。

安定反射点抽出部１０１は、レーダ（図示せず）によって複数方向から観測された時系列観測データ（観測方向ごとの時系列観測データ）を入力する。安定反射点抽出部１０１は、それぞれの観測データから、変位解析に利用できる安定反射点が得られる画素を抽出する。なお、一般に、複数の安定反射点が抽出される。以下、安定反射点が得られる画素を「安定反射点」と表現する。安定反射点抽出部１０１は、安定反射点を抽出するために、例えば、上述したＰＳＩを用いる。なお、安定反射点抽出部１０１は、観測方向ごとの時系列観測データとして、２方向以上からの時系列観測データを入力する。

安定反射点グルーピング部１０２は、観測方向ごとに、安定反射点の特徴量に基づいて、複数の安定反射点をグループ化するグルーピング処理を実行する。安定反射点のグループ化は、各々の安定反射点をいずれかのグループに割り当てることを意味する。安定反射点グルーピング部１０２は、グルーピング処理によって、複数の安定反射点を例えば、同程度の大きさのグループ、又は、反射する構造物ごとにグループ化する。特徴量として、安定反射点の変位速度を利用可能である。

なお、「観測方向ごとに処理を実行する」ということは、ある観測方向の時系列観測データに対して処理を実行するとともに、他の１つ以上の観測方向の時系列観測データに対して処理を実行することを意味する。

グループ選択部１０３は、観測方向ごとに、１つ又は複数のグループから、解析対象からの安定反射点を含むグループ（例えば、解析対象からの安定反射点を囲むようなグループ）を選択する。グループ選択部１０３は、解析対象周辺の安定反射点を含むグループを選択してもよい。グループ選択部１０３は、複数グループを選択してもよい。なお、一般に、解析の対象物は、あらかじめ特定されている。換言すれば、本実施形態では、あらかじめ特定されている対象物について解析が実行される。

変位速度算出部１０４は、観測方向ごとに選択されたグループの変位速度を算出する。変位速度算出部１０４が得た変位速度は、観測方向ごとの解析対象の変位速度とされる。

変位速度算出部１０４は、グループの変位速度を算出するときに、例えば、選択されたグループにおいて解析対象に近接する安定反射点の変位速度を利用ことができる。また、変位速度算出部１０４は、選択されたグループに属する複数の安定反射点の変位速度の平均値や中央値のような統計量を、グループの変位速度としてもよい。

変位速度合成部１０５は、例えば非特許文献２に記載されている手法を用いて、観測方向ごとの解析対象の変位速度を合成する。２方向から観測データを利用する場合、各観測方向のベクトルが成す平面上に、それぞれの変位速度が合成される。その後、解析対象について２．５次元解析が実行されることによって、変位速度が準東西方向と準上下方向との成分に分離される。なお、視線方向が異なる３方向以上の観測データが利用される場合には、解析対象の３次元解析が実現される。また、４方向以上の観測データが利用される場合には、変位速度合成部１０５は、最小二乗法などを利用して、最も整合性が確保される合成変位速度を算出するようにしてもよい。

次に、合成開口レーダの信号処理装置の第１の実施形態の動作を説明する。図２は、第１の実施形態の動作を示すフローチャートである。

安定反射点抽出部１０１は、合成開口レーダによる観測方向ごとの時系列データを入力する。図２に示すように、安定反射点抽出部１０１は、観測方向ごとに、安定反射点を抽出する（ステップＳ１０１）。

安定反射点グルーピング部１０２は、複数の安定反射点を複数のまとまりにグループ化する（ステップＳ１０２）。安定反射点グルーピング部１０２は、例えば、各安定反射点の変位速度を特徴量として、グループ化を行う。

グループ選択部１０３は、複数のグループから、安定反射点グループを選択する（ステップＳ１０３）。安定反射点グループは、例えば、解析対象に最も近い安定反射点（解析対象における安定反射点を含む。）を含むグループである。また、解析対象を囲むような安定反射点を含むグループがある場合、安定反射点グループは、そのグループであってもよい。

また、グループ選択部１０３は、グループごとに反射点を色分けしてディスプレイに表示してもよい。その場合、ユーザがグループを指定すると、グループ選択部１０３は、指定されたグループを安定反射点グループとする。

変位速度算出部１０４は、観測方向ごとに、安定反射点グループとして選択されたグループの変位速度を算出する（ステップＳ１０４）。変位速度算出部１０４は、例えば、選択されたグループにおいて解析対象に近接する点の変位速度を利用できる。変位速度算出部１０４は、選択されたグループを構成する安定反射点の変位速度の平均値や中央値のような統計量を利用して、グループの変位速度を算出してもよい。

変位速度合成部１０５は、観測方向ごとの安定反射点グループの変位速度を合成し、合成結果を出力する（ステップＳ１０５）。

本実施形態では、観測方向ごとに、得られる複数の安定反射点をグループ化する。そして、解析対象に対応するグループを対象として合成変位解析が行われる。よって、観測方向ごとに得られる安定反射点の位置が異なる場合に、それぞれのグループを１つの大きな安定反射点として見なして、合成変位解析を行うことが可能になる。したがって、各々の安定反射点を対応付けなくても、解析対象に着目した合成変位解析を実行可能である。

図３は、本実施形態の効果を説明するための説明図である。図３において、（ａ）及び（ｂ）のそれぞれに、同じ領域を異なる方向から観測したときに得られる安定反射点の画像が例示されている。図３（ａ），（ｂ）において、ｐ１，ｐ２は、それぞれの安定反射点を示す。なお、図３（ａ），（ｂ）には、１箇所ずつ、ｐ１，ｐ２の符号が付されているが、全ての丸印が、安定反射点を示している。

合成開口レーダで異なる方向から解析（観測）の対象物を含む領域が観測された場合、図３（ａ），（ｂ）に示すように、各安定反射点が得られる位置は異なる。一般的な合成開口レーダの信号処理装置は、合成変位解析を行うために、安定反射点に関して、図３（ａ）に例示された複数の安定反射点と図３（ｂ）に例示された複数の安定反射点との間で、１点１点の対応付けを行う。本実施形態の合成開口レーダの信号処理装置は、図３（ｃ），（ｄ）に例示されるように、複数の安定反射点をグループ化する。その結果、１点１点の対応付けを行うことなく、広さを持つ領域を対象として変位速度を算出して、合成変位解析を行うことができる。

なお、図３（ｃ），（ｄ）において、ｐ３〜ｐ１０は、それぞれのグループを表す。各グループは、同様の変位情報を有する安定反射点の集合である。

例えば、グループｐ３とグループｐ７とが解析対象からの反射点を含むグループである場合、グループｐ３とグループｐ７とがグループ選択部１０３で選択される。変位速度算出部１０４は、グループｐ３とグループｐ７とのそれぞれを一つの安定反射点とみなして変位速度を算出する。その後、合成変位解析が実行されることによって、解析対象の合成変位速度が得られる。

実施形態２．
図４は、合成開口レーダの信号処理装置の第２の実施形態の構成例を示すブロック図である。第２の実施形態の信号処理装置は、安定反射点抽出部１０１、安定反射点グルーピング部１０６、グループ選択部１０３、変位速度算出部１０４、及び変位速度合成部１０５を備えている。安定反射点抽出部１０１、安定反射点グルーピング部１０６、グループ選択部１０３、変位速度算出部１０４、及び変位速度合成部１０５は、通信可能（データ送受信可能）に接続されている。安定反射点グルーピング部１０６は、距離算出部１１６を含む。

安定反射点グルーピング部１０６は、生成されるグループの大きさが同程度の大きさになるように各安定反射点をグループ化する。安定反射点グルーピング部１０６は、グループの大きさを同程度の大きさにするために、例えば、安定反射点間の距離（本実施形態では、例えば、ユークリッド距離）を特徴量としてグループ化を実行する。具体的には、安定反射点グルーピング部１０６は、安定反射点の位置情報（例えば、座標）に基づいて、それぞれのグループが同程度の大きさになるようにグループ化を実行する。

より具体的には、安定反射点グルーピング部１０６において、距離算出部１１６は、複数の安定反射点のうちの任意の２つの安定反射点の間のユークリッド距離を、当該２つの安定反射点の間の距離として算出する。

なお、「同程度の大きさ」は、一例として、信号処理装置の使用者が基準となる大きさとして設定した大きさに対して、所定範囲内に収まるような大きさである。所定範囲は、例えば±３０％（具体的には、基準となる大きさの７０％〜１３０％の大きさ）である。しかし、所定範囲は±３０％に限定されず、任意に設定可能である。例えば、解析対象の大きさ（面積）に応じた範囲を選択してもよい。

また、安定反射点グルーピング部１０２は、グループ化のために、例えば、それぞれの安定反射点間の距離を特徴量として、最小分散法に基づく階層的クラスタリングを使用できる。また、安定反射点グルーピング部１０２は、安定反射点間の距離を特徴量としてk-means法に基づく分割最適化クラスタリング手法を使用できる。なお、それらは、一例であって、安定反射点グルーピング部１０２は、グループ化のために他の手法を用いてもよい。

安定反射点グルーピング部１０６以外の構成要素は、第１の実施形態における構成要素と同じである。

次に、合成開口レーダの信号処理装置の第２の実施形態の動作を説明する。図５は、第２の実施形態の動作を示すフローチャートである。

安定反射点抽出部１０１は、第１の実施形態における処理と同様の処理を行う（ステップＳ１０１）。

安定反射点グルーピング部１０６は、ステップＳ１０１の処理で観測方向ごとに抽出された安定反射点を入力する。そして、安定反射点グルーピング部１０６は、観測方向ごとに、安定反射点間の距離を基に生成されるグループが同程度の大きさを持つように各安定反射点をグループ化する（ステップＳ１０６）。安定反射点グルーピング部１０６は、例えば、ある安定反射点に着目し、その安定反射点から所定距離内にある１つ又は複数の安定反射点が、着目した安定反射点と同グループに属するようにグループ化する。なお、安定反射点間の距離を得るための安定反射点の位置情報は、例えば、観測データとともに入力される。

その他の処理は、第１の実施形態における処理と同じである。

本実施形態では、安定反射点間の距離情報を基に、各グループの大きさが同程度になるよう安定反射点がグループ化される。地盤移動のような広範囲に影響を及ぼす変位に関して、それぞれの安定反射点の変位速度は、近傍の安定反射点の変位速度に類似する傾向がある。したがって、本実施形態では、例えば同程度の変位速度を有する安定反射点がグループ化されることになる。そして、観測方向ごとに、解析対象を含む安定反射点グループの変位速度が合成されるので、解析対象の合成変位解析が可能になる。本実施形態は、例えば地面の変位を解析するときに効果を発揮する。

なお、２つの安定反射点の間の距離（本実施形態では、例えば、ユークリッド距離）が小さいときには、２つの安定反射点が同じ対象物に関連している可能性が高いと想定される。また、その間の距離が大きいときには、２つの安定反射点が同じ対象物に関連していない可能性が高いと想定される。同じ対象物に関連しているということは、例えば、１つの対象物（建造物など）における安定反射点であるということである。

実施形態３．
図６は、合成開口レーダの信号処理装置の第３の実施形態の構成例を示すブロック図である。第３の実施形態の信号処理装置は、安定反射点抽出部１０１、安定反射点グルーピング部１０７、グループ選択部１０３、変位速度算出部１０４、及び変位速度合成部１０５を備えている。安定反射点抽出部１０１、安定反射点グルーピング部１０７、グループ選択部１０３、変位速度算出部１０４、及び変位速度合成部１０５は、通信可能（データ送受信可能）に接続されている。安定反射点グルーピング部１０７は、位相関係算出部１１７を含む。

安定反射点グルーピング部１０７は、生成されるグループの大きさが同程度の大きさになるように各安定反射点をグループ化する。本実施形態では、安定反射点グルーピング部１０７は、グループの大きさを同程度の大きさにするために、安定反射点が有する特徴量のうち、構造物の形状に依存した特徴量を利用する。本実施形態では、安定反射点グルーピング部１０７は、特徴量として、安定反射点の位相を用いる。なお、位相は一例であり、構造物の形状に依存する特徴量として、別の特徴量を利用してもよい。また、安定反射点グルーピング部１０７は、既知である構造物の形状を基に、安定反射点をグループ化してもよい。

具体的には、安定反射点グルーピング部１０７において、位相関係算出部１１７は、それぞれの安定反射点の各々における位相を特定する。そして、位相関係算出部１１７は、各々の位相の関連を特定可能な値を算出する。位相関係算出部１１７は、例えば、全ての安定反射点における任意の２つの安定反射点を対（ペア）にして、全ての対に関して、安定反射点の位相の相関係数を算出する。そして、安定反射点グルーピング部１０７は、ある安定反射点に着目し、その安定反射点の位相について相関係数の値が大きい位相を有する１つ又は複数の安定反射点が、着目した安定反射点と同グループに属するようにグループ化する。なお、相関係数の値が大きいということは、例えば、あらかじめ定められたしきい値を越えるということである。

次に、合成開口レーダの信号処理装置の第３の実施形態の動作を説明する。図７は、第３の実施形態の動作を示すフローチャートである。

安定反射点抽出部１０１は、第１の実施形態における処理と同様の処理を行う（ステップＳ１０１）。

安定反射点グルーピング部１０７は、ステップＳ１０１の処理で観測データごとに抽出された安定反射点を入力する。そして、安定反射点グルーピング部１０７は、上述した処理によって、すなわち、構造物の形状に依存する特徴量（本実施形態では、位相）に基づいて、安定反射点をグループ化する（ステップＳ１０７）。

その他の処理は、第１の実施形態における処理と同じである。

本実施形態では、安定反射点グルーピング部１０７は、安定反射点の特徴量のうち、観測領域内の構造物の形状に依存する特徴量に基づいてグループ化を行う。したがって、安定反射点グルーピング部１０７は、複数の安定反射点のうち、建物や道路のような構造物の形状に対応する安定反射点を、１つのグループにまとめることができる。その結果、構造物を解析対象としたときに、グループ選択部１０３は、解析対象に対応する安定反射点を含むグループを観測方向ごとに容易に選択できる。よって、構造物のみに着目した合成変位解析を行う処理が容易になる。

また、構造物のみに着目できるので、地面の変位と異なる変位を示す構造物を検知することにも本実施形態を応用できる。

図８は、本実施形態の効果を説明するための説明図である。図８において、（ａ）及び（ｂ）のそれぞれに、同じ領域を異なる方向から観測したときに得られる安定反射点の画像が例示されている。図８（ａ），（ｂ）において、ｑ１は、安定反射点を示す。なお、図８（ａ），（ｂ）には、１箇所ずつ、ｑ１の符号が付されているが、全ての丸印が、安定反射点を示している。図８（ａ），（ｂ）において、ｑ２，ｑ３は、観測領域における構造物を示す。

本実施形態の合成開口レーダの信号処理装置は、図８（ｃ），（ｄ）に例示されるように、複数の安定反射点を、構造物の形状に依存する特徴量（本実施形態では、例えば、位相）に基づいてグループ化する。図８（ｃ）において、ｑ４は、ある観測方向Ｘから見た構造物ｑ２における安定反射点のグループを示す。ｑ５は、観測方向Ｘから見た構造物ｑ３における安定反射点のグループを示す。図８（ｄ）において、ｑ６，ｑ７は、それぞれ、他の観測方向Ｙから見た構造物ｑ２における安定反射点のグループを示す。ｑ８は、観測方向Ｙから見た構造物ｑ３における安定反射点のグループを示す。

例えば、構造物ｑ３が解析対象である場合、グループ選択部１０３は、観測方向Ｘにおけるグループｑ５と観測方向Ｙにおけるグループｑ８とを、解析対象についての安定反射点グループとして選択する。変位速度算出部１０４は、グループごとに、すなわち、グループｑ５とグループｑ８とに関して、変位速度を算出する。そして、各々の変位速度を組み合わせて合成変位速度を得る。このように、本実施形態では、構造物のみに着目した合成変位解析を行うことができる。

なお、位相の相関も距離であると見なした場合、２つの安定反射点の間の距離（本実施形態では、例えば、位相の相関係数）が大きいときには、位相の類似度が高いので、２つの安定反射点が同じ対象物に関連している可能性が高いと想定される。また、その間の距離が小さいときには、２つの安定反射点が同じ対象物に関連していない可能性が高いと想定される。

実施形態４．
図９は、合成開口レーダの信号処理装置の第４の実施形態の構成例を示すブロック図である。第４の実施形態の信号処理装置は、安定反射点抽出部１０１、安定反射点グルーピング部１０８、グループ選択部１０３、変位速度算出部１０４、及び変位速度合成部１０５を備えている。安定反射点抽出部１０１、安定反射点グルーピング部１０８、グループ選択部１０３、変位速度算出部１０４、及び変位速度合成部１０５は、通信可能（データ送受信可能）に接続されている。

本実施形態では、安定反射点グルーピング部１０８は、作成されるグループの大きさが同程度になるように、かつ、安定反射点の集合に構造物の形状が現れるように各安定反射点をグループ化する。すなわち、本実施形態は、第２の実施形態と第３の実施形態とが組み合わされた実施形態に相当する。

図１０は、安定反射点グルーピング部１０８の構成例を示すブロック図である。図１０に示すように、安定反射点グルーピング部１０８は、距離算出部１１６、位相関係算出部１１７、及び統合部１１８を含む。

距離算出部１１６は、第２の実施形態の場合と同様に、複数の安定反射点のうちの任意の２つの安定反射点の間のユークリッド距離を、当該２つの安定反射点の間の距離として算出する。位相関係算出部１１７は、第３の実施形態の場合と同様に、各々の位相の関連を特定可能な値を算出する。位相関係算出部１１７は、一例として、全ての安定反射点における任意の２つの安定反射点を対（ペア）にして、全ての対に関して、安定反射点の位相の相関係数を算出する。

統合部１１８は、距離算出部１１６から、安定反射点の間のユークリッド距離を入力する。また、統合部１１８は、位相関係算出部１１７から、位相の関連を特定可能な値の一例である相関係数を入力する。そして、統合部１１８は、ユークリッド距離と位相の相関係数との双方を反映した「距離」を算出する。なお、以下の算出方法は、非特許文献４にも記載されている。

上述したように、ユークリッド距離が小さいときには、２つの安定反射点が同じ対象物に関連している可能性が高いと想定される。一方、位相の相関係数が大きいときには、２つの安定反射点が同じ対象物に関連している可能性が高いと想定される。

そこで、統合部１１８は、ユークリッド距離と相関係数とを統合する前に、すなわち、ユークリッド距離と位相の相関係数との双方を反映した「距離」を算出する前に、値が小さいと対象物に関連している可能性が高くなるように、位相の相関係数の変換を行う。なお、統合部１１８は、値が大きいと対象物に関連している可能性が高くなるように、ユークリッド距離の値の変換を行うようにしてもよい。

具体的には、統合部１１８は、安定反射点ｍと安定反射点ｎとの間のユークリッド距離をｌ_ｍ，ｎ、安定反射点ｍの位相と安定反射点ｎの位相と相関係数の値をｃ_ｍ，ｎとしたとき、例えば、（１）式で、「距離」ｄ_ｍ，ｎを算出する。

ｄ_ｍ，ｎ＝（１−ｃ_ｍ，ｎ）ｌ_ｍ，ｎ （１）

統合部１１８は、（２）式で、「距離」ｄ_ｍ，ｎを算出してもよい。なお、γは、あらかじめ定められた０よりも大きい実数である。

ｄ_ｍ，ｎ＝（ｃ_ｍ，ｎ ^−γ−１）ｌ_ｍ，ｎ （２）

統合部１１８が（２）式を用いる場合には、ｃ_ｍ，ｎが０に近づくとｄ_ｍ，ｎは無限大に発散する。すなわち、２つの安定反射点の相関が低いときに、ｄ_ｍ，ｎは極端に大きくなる。したがって、相関が低い２つの安定反射点が１つのグループに属する可能性がより小さくなる。なお、ｃ_ｍ，ｎの値は、０〜１の範囲内にあることが想定されている。

なお、本実施形態では、（１）式又は（２）が用いられるが、（２）式における（ｃ_ｍ，ｎ ^−γ−１）は、第３の実施形態における特徴量として用いられてもよい。その場合には、安定反射点グルーピング部１０７は、特徴量が大きいほど、２つの安定反射点の相関が低いと判定する。

次に、合成開口レーダの信号処理装置の第４の実施形態の動作を説明する。図１１は、第４の実施形態の動作を示すフローチャートである。

安定反射点抽出部１０１は、第１の実施形態における処理と同様の処理を行う（ステップＳ１０１）。

安定反射点グルーピング部１０８は、ステップＳ１０１の処理で観測データごとに抽出された安定反射点を入力する。そして、安定反射点グルーピング部１０８は、上述した処理によって、作成されるグループが同程度の大きさを有し、かつ、構造物の形状に沿ってまとまるように各安定反射点をグループ化する（ステップＳ１０８）。具体的には、本実施形態では、安定反射点グルーピング部１０８は、ユークリッド距離と位相の相関係数との双方を反映した「距離」を特徴量としてグループ化を実行する。

その他の処理は、第１の実施形態における処理と同じである。

一般に、観測領域内に存在する建物などの構造物の大きさは一定ではない。本実施形態では、安定反射点グルーピング部１０８は、各グループの大きさが同程度になるように、かつ、構造物の形状が安定反射点の集合に現れるようにグループ化を実行する。したがって、本実施形態の信号処理装置は、解析対象の大きさに合わせた構造物に着目した合成変位解析を行うことができる。

実施形態５．
図１２は、合成開口レーダの信号処理装置の第５の実施形態の構成例を示すブロック図である。第５の実施形態の信号処理装置は、安定反射点抽出部１０１、安定反射点グルーピング部１０２、グループ選択部１０３、変位速度算出部１０９、及び変位速度合成部１０５を備えている。安定反射点抽出部１０１、安定反射点グルーピング部１０２、グループ選択部１０３、変位速度算出部１０９、及び変位速度合成部１０５は、通信可能（データ送受信可能）に接続されている。

本実施形態では、変位速度算出部１０９は、グループから、所定の安定反射点を除外する。変位速度算出部１０９は、安定反射点除外部１１９を含む。安定反射点除外部１１９は、選択された安定反射点グループに属する安定反射点のうち、大きく異なる変位速度を有する安定反射点を外れ値として除外する。安定反射点除外部１１９は、例えば、グループにおける中心的な変位速度からかけ離れた変位速度を有する安定反射点を除外する。なお、「大きく異なる変位速度」は、他の変位速度に対して所定のしきい値を越えるような変位速度である。所定のしきい値を越えるような変位速度は、一例として、他の変位速度から±２０％の範囲を越える変位速度である。

変位速度算出部１０９は、例えば、グループ選択部１０３によって選択されたグループに属する安定反射点の変位速度の平均値に近い変位速度を有する安定反射点のみを利用する。具体的には、安定反射点除外部１１９は、一例として、グループに属する安定反射点の平均値と標準偏差とを算出する。そして、安定反射点除外部１１９は、平均値からの差が標準偏差以内である変位速度を有する安定反射点を抽出する。変位速度算出部１０９は、抽出された安定反射点を使用してグループの変位速度を算出する。したがって、平均値からかけ離れた変位速度を有する安定反射点は、安定反射点除外部１１９によって除外される。

なお、グループにおける中心的な変位速度からかけ離れた変位速度（本実施形態では、平均値からの差が標準偏差を越える変位速度）は、中心的な変位速度に対して、所定の範囲内（一例として、±１０％）にある変位速度である。

その他の処理は、第１の実施形態における処理と同じである。なお、上記の安定反射点を除外する方法は一例である。安定反射点除外部１１９は、他の方法によって、中心的な変位速度からかけ離れた変位速度を有する安定反射点を除外するようにしてもよい。

次に、合成開口レーダの信号処理装置の第５の実施形態の動作を説明する。図１３は、第５の実施形態の動作を示すフローチャートである。

安定反射点抽出部１０１、安定反射点グルーピング部１０２及びグループ選択部１０３は、第１の実施形態における処理と同様の処理を行う（ステップＳ１０１〜Ｓ１０３）。

変位速度算出部１０９は、上記のような処理によって、グループの変位速度を算出する（ステップＳ１０９）。すなわち、所定の安定反射点が除外された安定反射点の集合における各安定反射点の変位速度を用いてグループの変位速度を算出する。

本実施形態では、変位速度算出部１０９は、大きく異なる変位速度を有する安定反射点を外れ値として除外した上で、グループの変位速度を算出する。変位速度算出部１０９は、一例として、選択されたグループに属する各安定反射点の変位速度が中心的な変位速度（本実施形態では、例えば、平均値）に近い安定反射点を利用して、グループの変位速度を算出する。したがって、グルーピング処理の際に、周囲の安定反射点と変位速度が大きく異なる安定反射点が誤って１つのグループに入れられたとしても、そのような安定反射点は、外れ値として除外される。よって、観測方向ごとに選択されるグループの変位速度が、より正確に算出される。すなわち、合成された変位速度の精度も向上する。その結果、より高精度な合成開口レーダによる変位解析が実行される。

なお、本実施形態は第１の実施形態と組み合わされたが、本実施形態は、第２〜第５の実施形態のいずれかと組み合わされることも可能である。

以上に説明したように、上記の各実施形態の信号処理装置は、解析対象のみに着目した変位解析を実施することができる。その理由は、観測領域内の土地や構造物ごとに安定反射点がグループ化されるので、解析対象からの安定反射点を利用した確実な合成変位解析が実行可能になるからである。

また、上記の各実施形態の信号処理装置は、高精度な合成変位解析を実行できる。その理由は、観測領域内の土地や構造物ごとに安定反射点がグループ化されるので、解析対象における安定反射点とは異なる安定反射点を除外して合成変位解析が実行可能になるからである。

上記の実施形態における各構成要素は、１つのハードウェアで構成可能であるが、１つのソフトウェアでも構成可能である。また、各構成要素は、複数のハードウェアでも構成可能であり、複数のソフトウェアでも構成可能である。また、各構成要素のうちの一部をハードウェアで構成し、他部をソフトウェアで構成することもできる。

上記の実施形態における各機能（各処理）を、ＣＰＵ（Central Processing Unit ）等のプロセッサやメモリ等を有するコンピュータで実現可能である。例えば、記憶装置（記憶媒体）に上記の実施形態における方法（処理）を実施するためのプログラムを格納し、各機能を、記憶装置に格納されたプログラムをＣＰＵで実行することによって実現してもよい。

図１４は、ＣＰＵを有するコンピュータの一例を示すブロック図である。コンピュータは、合成開口レーダの信号処理装置に実装される。ＣＰＵ１０００は、記憶装置１００１に格納されたプログラムに従って処理を実行することによって、上記の実施形態における各機能を実現する。すなわち、図１，図４，図６，図９，図１２に示された信号処理装置における、安定反射点抽出部１０１、安定反射点グルーピング部１０２，１０６，１０７，１０８、グループ選択部１０３、変位速度算出部１０４，１０９、及び変位速度合成部１０５の機能を実現する。

記憶装置１００１は、例えば、非一時的なコンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium ）である。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（tangible storage medium ）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の具体例として、磁気記録媒体（例えば、フレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば、光磁気ディスク）、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc-Read Only Memory ）、ＣＤ−Ｒ（Compact Disc-Recordable ）、ＣＤ−Ｒ／Ｗ（Compact Disc-ReWritable ）、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Programmable ROM）、ＥＰＲＯＭ（Erasable PROM ）、フラッシュＲＯＭ）がある。

また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（transitory computer readable medium ）に格納されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体には、例えば、有線通信路または無線通信路を介して、すなわち、電気信号、光信号または電磁波を介して、プログラムが供給される。

メモリ１００２は、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）で実現され、ＣＰＵ１０００が処理を実行するときに一時的にデータを格納する記憶手段である。メモリ１００２に、記憶装置１００１または一時的なコンピュータ可読媒体が保持するプログラムが転送され、ＣＰＵ１０００がメモリ１００２内のプログラムに基づいて処理を実行するような形態も想定しうる。

図１５は、合成開口レーダの信号処理装置の主要部を示すブロック図である。図１５に示す信号処理装置１０は、レーダによって複数の観測方向から観測された観測対象についての観測方向ごとの時系列観測データから、観測方向ごとに、複数の安定反射点を抽出する安定反射点抽出部１１（実施形態では、安定反射点抽出部１０１で実現される。）と、各々の観測方向ごとに、複数の安定反射点をグループ化する安定反射点グルーピング部１２（実施形態では、安定反射点グルーピング部１０２，１０６，１０７，１０８で実現される。）と、各々の観測方向ごとに、グループ化で作成されたグループから、解析対象からの反射によって得られる安定反射点（解析対象に属する安定反射点）を含む安定反射点グループを選択するグループ選択部１３（実施形態では、グループ選択部１０３で実現される。）と、選択された安定反射点グループの変位速度を合成する変位速度処理部１４（実施形態では、変位速度算出部１０４，１０９、及び変位速度合成部１０５で実現される。）とを備える

図１６は、他の態様の合成開口レーダの信号処理装置の主要部を示すブロック図である。図１６に示す信号処理装置２０は、変位速度処理部１５が、観測方向ごとに選択された安定反射点グループの変位速度を算出する変位速度算出部１６（実施形態では、変位速度算出部１０４，１０９で実現される。）と、観測方向のそれぞれに対応する変位速度を合成する変位速度合成部１７（実施形態では、変位速度合成部１０５で実現される。）とを含むように構成されている。

上記の実施形態の一部または全部は、以下の付記のようにも記載され得るが、以下に限定されるわけではない。

（付記１）レーダによって複数の観測方向から観測された観測対象についての該観測方向ごとの時系列観測データから、該観測方向ごとに、複数の安定反射点を抽出する安定反射点抽出部と、
各々の前記観測方向ごとに、前記複数の安定反射点をグループ化する安定反射点グルーピング部と、
各々の前記観測方向ごとに、グループ化で作成されたグループから、解析対象に属する前記安定反射点を含む安定反射点グループを選択するグループ選択部と、
選択された前記安定反射点グループの変位速度を合成する変位速度処理部と
を含む合成開口レーダの信号処理装置。

（付記２）前記変位速度処理部は、
前記観測方向ごとに選択された前記安定反射点グループの変位速度を算出する変位速度算出部と、
前記観測方向のそれぞれに対応する前記変位速度を合成する変位速度合成部とを含む
付記１の合成開口レーダの信号処理装置。

（付記３）前記安定反射点グルーピング部は、グループの大きさが基準となる大きさに対して所定範囲内に収まるようにグループ化を行う
付記１または付記２の合成開口レーダの信号処理装置。

（付記４）前記安定反射点グルーピング部は、観測領域内の構造物の形状を表す特徴量に基づいてグループ化を行う
付記１から付記３のうちのいずれかの合成開口レーダの信号処理装置。

（付記５）前記変位速度算出部は、選択された前記安定反射点グループに属する前記安定反射点から、他の変位速度に対して所定のしきい値を越えるような変位速度を除外した上で、前記安定反射点を対象として変位速度を算出する
付記１から付記４のうちのいずれかの合成開口レーダの信号処理装置。

（付記６）レーダによって複数の観測方向から観測された観測対象についての該観測方向ごとの時系列観測データから、該観測方向ごとに、複数の安定反射点を抽出し、
各々の前記観測方向ごとに、前記複数の安定反射点をグループ化し、
各々の前記観測方向ごとに、グループ化で作成されたグループから、解析対象に属する前記安定反射点を含む安定反射点グループを選択し、
選択された前記安定反射点グループの変位速度を合成する
合成開口レーダの信号処理方法。

（付記７）前記安定反射点グループの変位速度を合成するときに、
前記観測方向ごとに選択された前記安定反射点グループの変位速度を算出し、
前記観測方向のそれぞれに対応する前記変位速度を合成する
付記６の合成開口レーダの信号処理方法。

（付記８）グループの大きさが基準となる大きさに対して所定範囲内に収まるように、前記複数の安定反射点のグループ化を行う
付記６または付記７の合成開口レーダの信号処理方法。

（付記９）観測領域内の構造物の形状を表す特徴量に基づいて、前記複数の安定反射点のグループ化を行う
付記６から付記８のうちのいずれかの合成開口レーダの信号処理方法。

（付記１０）選択された前記安定反射点グループに属する前記安定反射点から、他の変位速度に対して所定のしきい値を越えるような変位速度を除外した上で、前記安定反射点を対象として変位速度を算出する
付記６から付記９のうちのいずれかの合成開口レーダの信号処理方法。

（付記１１）コンピュータに、
レーダによって複数の観測方向から観測された観測対象についての該観測方向ごとの時系列観測データから、該観測方向ごとに、複数の安定反射点を抽出する処理と、
各々の前記観測方向ごとに、前記複数の安定反射点をグループ化する処理と、
各々の前記観測方向ごとに、グループ化で作成されたグループから、解析対象に属する前記安定反射点を含む安定反射点グループを選択する処理と、
選択された前記安定反射点グループの変位速度を合成する処理と
を実行させるための合成開口レーダの信号処理プログラム。

（付記１２）コンピュータに、
前記安定反射点グループの変位速度を合成するときに、
前記観測方向ごとに選択された前記安定反射点グループの変位速度を算出する処理と、
前記観測方向のそれぞれに対応する前記変位速度を合成する処理と
を実行させる付記１１の合成開口レーダの信号処理プログラム。

（付記１３）コンピュータに、
グループの大きさが基準となる大きさに対して所定範囲内に収まるように、前記複数の安定反射点のグループ化を行わせる
付記１１または付記１２の合成開口レーダの信号処理プログラム。

（付記１４）コンピュータに、
観測領域内の構造物の形状を表す特徴量に基づいて、前記複数の安定反射点のグループ化を行わせる
付記１１から付記１３のうちのいずれかの合成開口レーダの信号処理プログラム。

（付記１５）コンピュータに、
選択された前記安定反射点グループに属する前記安定反射点から、他の変位速度に対して所定のしきい値を越えるような変位速度を除外した上で、前記安定反射点を対象として変位速度を算出する
付記１１から付記１４のうちのいずれかの合成開口レーダの信号処理プログラム。

（付記１６）コンピュータに、
付記６から付記１０のいずれかの合成開口レーダの信号処理方法を実行させるためのプログラム。

以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記の実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

この出願は、２０１７年１２月１８日に出願された日本特許出願２０１７−２４１４３４を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

１１ 安定反射点抽出部
１２ 安定反射点グルーピング部
１３ グループ選択部
１４，１５ 変位速度処理部
１６ 変位速度算出部
１７ 変位速度合成部
１０１ 安定反射点抽出部
１０２，１０６，１０７，１０８ 安定反射点グルーピング部
１０３ グループ選択部
１０４，１０９ 変位速度算出部
１０５ 変位速度合成部
１１６ 距離算出部
１１７ 位相関係算出部
１１８ 統合部
１１９ 安定反射点除外部
１０００ ＣＰＵ
１００１ 記憶装置
１００２ メモリ

Claims (10)

1. レーダによって複数の観測方向から観測された観測対象についての該観測方向ごとの時系列観測データから、該観測方向ごとに、複数の安定反射点を抽出する安定反射点抽出部と、
   各々の前記観測方向ごとに、前記複数の安定反射点をグループ化する安定反射点グルーピング部と、
   各々の前記観測方向ごとに、グループ化で作成されたグループから、解析対象に属する前記安定反射点を含む安定反射点グループを選択するグループ選択部と、
   選択された前記安定反射点グループの変位速度を合成する変位速度処理部と
   を備え、
   合成される変位速度は、異なる複数の観測方向のそれぞれに対応する変位速度である
   合成開口レーダの信号処理装置。
2. 前記変位速度処理部は、
   前記観測方向ごとに選択された前記安定反射点グループの変位速度を算出する変位速度算出部と、
   前記観測方向のそれぞれに対応する前記変位速度を合成する変位速度合成部とを含む
   請求項１記載の合成開口レーダの信号処理装置。
3. 前記安定反射点グルーピング部は、グループの大きさが基準となる大きさに対して所定範囲内に収まるようにグループ化を行う
   請求項１または請求項２記載の合成開口レーダの信号処理装置。
4. 前記安定反射点グルーピング部は、観測領域内の構造物の形状を表す特徴量に基づいてグループ化を行う
   請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載の合成開口レーダの信号処理装置。
5. 前記変位速度算出部は、選択された前記安定反射点グループに属する前記安定反射点のうち、他の変位速度に対して所定のしきい値を越えるような変位速度を除外して前記安定反射点を対象として変位速度を算出する
   請求項１から請求項４のうちのいずれか１項に記載の合成開口レーダの信号処理装置。
6. レーダによって複数の観測方向から観測された観測対象についての該観測方向ごとの時系列観測データから、該観測方向ごとに、複数の安定反射点を抽出し、
   各々の前記観測方向ごとに、前記複数の安定反射点をグループ化し、
   各々の前記観測方向ごとに、グループ化で作成されたグループから、解析対象に属する前記安定反射点を含む安定反射点グループを選択し、
   選択された前記安定反射点グループの変位速度を合成し、
   合成される変位速度は、異なる複数の観測方向のそれぞれに対応する変位速度である
   合成開口レーダの信号処理方法。
7. 前記安定反射点グループの変位速度を合成するときに、
   前記観測方向ごとに選択された前記安定反射点グループの変位速度を算出し、
   前記観測方向のそれぞれに対応する前記変位速度を合成する
   請求項６記載の合成開口レーダの信号処理方法。
8. グループの大きさが基準となる大きさに対して所定範囲内に収まるように、前記複数の安定反射点のグループ化を行う
   請求項６または請求項７記載の合成開口レーダの信号処理方法。
9. 観測領域内の構造物の形状を表す特徴量に基づいて、前記複数の安定反射点のグループ化を行う
   請求項６から請求項８のうちのいずれか１項に記載の合成開口レーダの信号処理方法。
10. コンピュータに、
    レーダによって複数の観測方向から観測された観測対象についての該観測方向ごとの時系列観測データから、該観測方向ごとに、複数の安定反射点を抽出する処理と、
    各々の前記観測方向ごとに、前記複数の安定反射点をグループ化する処理と、
    各々の前記観測方向ごとに、グループ化で作成されたグループから、解析対象に属する前記安定反射点を含む安定反射点グループを選択する処理と、
    選択された前記安定反射点グループの変位速度を合成する処理とを実行させるためのプログラムであって、
    合成される変位速度は、異なる複数の観測方向のそれぞれに対応する変位速度である
    合成開口レーダの信号処理プログラム。

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