(57)【要約】【課題】人の移動が容易ではない地域での電波調査や、地表の広範囲での電波調査に要する労力・コストが大きくなる。【解決手段】レーダー画像生成手段１２は、飛翔体に搭載した合成開口レーダーによるクロス偏波での受信データを取得し、地上の電波源からの電波成分を含んだ受信データをレーダー画像に変換する。電波源検知手段１４は、クロス偏波のレーダー画像内において、予め定めた基準に基づき、画質が低下した領域を特定し、当該領域を電波源の存在が推測される候補領域として検出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
飛翔体に搭載した合成開口レーダーによるクロス偏波での受信データを取得し、地上の電波源からの電波成分を含んだ前記受信データをレーダー画像に変換するレーダー画像生成手段と、
前記クロス偏波の前記レーダー画像内において、予め定めた基準に基づき、画質が低下した領域を特定し、当該領域を前記電波源の存在が推測される候補領域として検出する電波源検知手段と、
を有することを特徴とする電波環境調査システム。
【請求項２】
請求項１に記載の電波環境調査システムにおいて、
前記電波源検知手段は、前記レーダー画像を構成する画素ごとに当該画素に対応する地表領域からのレーダー受信波の周波数スペクトルを求め、レーダー送信波に対して想定される後方散乱波強度に応じて設定される閾値を用いて前記周波数スペクトルにおいて当該閾値を超えるピークの有無を判定し、当該ピークが存在する画素が予め定めた閾値以上の密度で存在する領域を前記候補領域とすること、を特徴とする電波環境調査システム。
【請求項３】
請求項１に記載の電波環境調査システムにおいて、
前記合成開口レーダーは、ＶＨのクロス偏波送受信と前記ＶＨとは異なるＨＶのクロス偏波送受信とを交互に行って、前記レーダー画像生成手段は前記ＶＨ及び前記ＨＶそれぞれについて前記レーダー画像を生成し、
前記電波源検知手段は、前記レーダー画像を構成する画素ごとに前記ＶＨと前記ＨＶとの間での画素値の相関係数を算出し、当該相関係数が予め定めた閾値未満である画素が予め定めた閾値以上の密度で存在する領域を前記候補領域とすること、
を特徴とする電波環境調査システム。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の電波環境調査システムにおいて、
前記合成開口レーダーは、前記クロス偏波での送受信を行うと共にライク偏波での送受信を行い、前記レーダー画像生成手段は、当該クロス偏波について前記レーダー画像を生成すると共に前記ライク偏波についてのレーダー画像を取得し、
当該電波環境調査システムは、さらに、表示装置に表示させる表示画像として、前記ライク偏波の前記レーダー画像にて前記候補領域に対応する位置を識別可能に表した画像を生成する表示画像生成手段を有すること、
を特徴とする電波環境調査システム。
【請求項５】
飛翔体に搭載した合成開口レーダーによるクロス偏波での受信データを取得し、地上の電波源からの電波成分を含んだ前記受信データをレーダー画像に変換するレーダー画像生成ステップと、
前記クロス偏波の前記レーダー画像内において、予め定めた基準に基づき、画質が低下した領域を特定し、当該領域を前記電波源の存在が推測される候補領域として検出する電波源検知ステップと、
を有することを特徴とする電波環境調査方法。
【請求項６】
コンピュータを、
飛翔体に搭載した合成開口レーダーによるクロス偏波での受信データを取得し、地上の電波源からの電波成分を含んだ前記受信データをレーダー画像に変換するレーダー画像生成手段、及び、
前記クロス偏波の前記レーダー画像内において、予め定めた基準に基づき、画質が低下した領域を特定し、当該領域を前記電波源の存在が推測される候補領域として検出する電波源検知手段、
として機能させることを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電波を用いた通信や放送などの受信機やその他、様々な機器の動作の妨げになるなど、機器の動作に影響を与える不要電波の有無や発生源の特定を行う電波環境調査に用いられるシステム、方法、プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、地上に電波受信局を設置する際には電波環境調査を行い、違法に発せされる電波などの不要電波の影響についての評価が行われている。例えば、電波調査（サイトサーベイ）は、指向性アンテナを使用して電波の到来方向を調べる。測定機器及びアンテナを持ち運びつつ、場所を移動しながら測定することで、探している電波の発生源を絞り込むことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２４４３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、地上での電波調査に関しては、調査対象領域は砂漠や山地などであり得、必ずしも人の移動に便利である地域であるとは限らない。また、不要電波が長距離を伝播し得る周波数である場合など、不要電波の発生源を絞り込むことが容易ではない場合がある。そのため、電波調査に要する労力やコストが大きくなり得るという問題があった。
【０００５】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、人の移動が容易ではない地域での電波調査や、地表の広範囲での電波調査に好適な電波環境調査システム、電波環境調査方法、及びプログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）本発明に係る電波環境調査システムは、飛翔体に搭載した合成開口レーダーによるクロス偏波での受信データを取得し、地上の電波源からの電波成分を含んだ前記受信データをレーダー画像に変換するレーダー画像生成手段と、前記クロス偏波の前記レーダー画像内において、予め定めた基準に基づき、画質が低下した領域を特定し、当該領域を前記電波源の存在が推測される候補領域として検出する電波源検知手段と、を有する。
【０００７】
（２）上記（１）に記載する電波環境調査システムにおいて、前記電波源検知手段は、前記レーダー画像を構成する画素ごとに当該画素に対応する地表領域からのレーダー受信波の周波数スペクトルを求め、レーダー送信波に対して想定される後方散乱波強度に応じて設定される閾値を用いて前記周波数スペクトルにおいて当該閾値を超えるピークの有無を判定し、当該ピークが存在する画素が予め定めた閾値以上の密度で存在する領域を前記候補領域とする構成とすることができる。
【０００８】
（３）上記（１）に記載する電波環境調査システムにおいて、前記合成開口レーダーは、ＶＨのクロス偏波送受信と前記ＶＨとは異なるＨＶのクロス偏波送受信とを交互に行って、前記レーダー画像生成手段は前記ＶＨ及び前記ＨＶそれぞれについて前記レーダー画像を生成し、前記電波源検知手段は、前記レーダー画像を構成する画素ごとに前記ＶＨと前記ＨＶとの間での画素値の相関係数を算出し、当該相関係数が予め定めた閾値未満である画素が予め定めた閾値以上の密度で存在する領域を前記候補領域とする構成とすることができる。
【０００９】
（４）上記（１）〜（３）に記載する電波環境調査システムにおいて、前記合成開口レーダーは、前記クロス偏波での送受信を行うと共にライク偏波での送受信を行い、前記レーダー画像生成手段は、当該クロス偏波について前記レーダー画像を生成すると共に前記ライク偏波についてのレーダー画像を取得し、当該電波環境調査システムは、さらに、表示装置に表示させる表示画像として、前記ライク偏波の前記レーダー画像にて前記候補領域に対応する位置を識別可能に表した画像を生成する表示画像生成手段を有する構成とすることができる。
【００１０】
（５）本発明に係る電波環境調査方法は、飛翔体に搭載した合成開口レーダーによるクロス偏波での受信データを取得し、地上の電波源からの電波成分を含んだ前記受信データをレーダー画像に変換するレーダー画像生成ステップと、前記クロス偏波の前記レーダー画像内において、予め定めた基準に基づき、画質が低下した領域を特定し、当該領域を前記電波源の存在が推測される候補領域として検出する電波源検知ステップと、を有する。
【００１１】
（６）本発明に係るプログラムは、コンピュータを、飛翔体に搭載した合成開口レーダーによるクロス偏波での受信データを取得し、地上の電波源からの電波成分を含んだ前記受信データをレーダー画像に変換するレーダー画像生成手段、及び、前記クロス偏波の前記レーダー画像内において、予め定めた基準に基づき、画質が低下した領域を特定し、当該領域を前記電波源の存在が推測される候補領域として検出する電波源検知手段、として機能させる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、飛翔体に搭載した合成開口レーダー（Synthetic Aperture Radar：ＳＡＲ）の画像を用いることで、不要電波の影響があることが推測される地域を効率的に把握することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る電波環境調査システムの概略の構成を示す模式図である。
【図２】本発明の実施形態に係る電波環境調査システムによる概略の処理フロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）である電波環境調査システム２について、図面に基づいて説明する。本システムは、飛翔体に搭載したＳＡＲが地表を走査して取得する受信データを用いて、地上に存在する電波源を検知する。ここで、電波調査の目的は多くの場合、調査を行う主体の側の機器やシステムに影響を与える不要電波の検知であるので、以下、ＳＡＲの送信電波と区別する便宜上、地上の電波源が発する電波を不要電波と称する。
【００１５】
例えば、ＳＡＲの受信データとして地球観測衛星ＡＬＯＳ−２に搭載されたＰＡＬＳＡＲ−２の受信データを利用することができる。ＰＡＬＳＡＲ−２は多偏波での観測が可能であり、例えば、単偏波での観測の他、ＨＨ及びＨＶの同時観測（ＨＨ＋ＨＶ）やＶＶ及びＶＨの同時観測（ＶＶ＋ＶＨ）を行う２偏波の観測を行うことができ、また、水平偏波のパルスと垂直偏波のパルスとを交互に送信してＨＨ＋ＨＶとＶＶ＋ＶＨと交互に行い同一地域を同時期に観測することもできる。
【００１６】
図１は実施形態に係る電波環境調査システム２の概略の構成を示す模式図である。電波環境調査システム２は、演算処理装置４、記憶装置６、入力装置８及び出力装置１０を含んで構成される。演算処理装置４として、本システムの処理を行う専用のハードウェアを作ることも可能であるが、本実施形態では演算処理装置４は、コンピュータ及び、当該コンピュータ上で実行されるプログラムを用いて構築される。
【００１７】
演算処理装置４は、コンピュータのＣＰＵ（Central Processing Unit）からなり、例えば、レーダー画像生成手段１２、電波源検知手段１４及び表示画像生成手段１６として機能する。
【００１８】
記憶装置６は、演算処理装置４を上記各手段１２，１４，１６などとして機能させるためのプログラム及びその他のプログラムや、本システムの処理に必要な各種データを記憶する。例えば、記憶装置６は、ＳＡＲの受信データや調査地域の地図データなどを保持するために利用される。
【００１９】
入力装置８は、キーボード、マウスなどであり、ユーザが本システムへの操作を行うために用いる。
【００２０】
出力装置１０はディスプレイ、プリンタなどであり、本システムにより検出される電波源の存在領域についての推測結果を画面表示、印刷等によりユーザに示す等に用いられる。また、本システム以外の装置等にデータ出力してもよい。
【００２１】
レーダー画像生成手段１２は、ＳＡＲの受信データからレーダー画像を生成する。
【００２２】
電波源検知手段１４は、クロス偏波の受信データからレーダー画像生成手段１２により生成されたレーダー画像内において画質が低下した領域を特定し、当該領域を電波源の存在が推測される候補領域として検出する。
【００２３】
表示画像生成手段１６は、出力装置１０として設けられる表示装置に表示させる画像を生成する。例えば、表示画像生成手段１６は、ライク偏波のレーダー画像にて電波源の候補領域に対応する位置を識別可能に表した画像を生成する。
【００２４】
図２は電波環境調査システム２による概略の処理フロー図である。
【００２５】
電波源の存在を調査する地表の対象領域におけるＳＡＲの受信データが演算処理装置４に入力される（ステップＳ１）。例えば、当該入力はユーザの操作に基づいて行われる。例えば、ＳＡＲからの受信データは記憶装置６に予め格納され、演算処理装置４はレーダー画像生成手段１２として機能し、受信データを記憶装置６から読み出す。また、ＳＡＲから受信したデータをリアルタイムでレーダー画像生成手段１２に入力してもよい。
【００２６】
本システムでは電波源の候補領域を検出する処理を行うために、送信と受信とで偏波方向が異なるクロス偏波での受信データがレーダー画像生成手段１２に入力される。具体的には、レーダー画像生成手段１２は、送信が垂直偏波で受信が水平偏波であるＶＨの受信データと、送信が水平偏波で受信が垂直偏波であるＨＶの受信データとを入力される。
【００２７】
ここで、受信データからレーダー画像を生成する際に、ＳＡＲが受信したデータ、つまり生受信データに対して、各種のフィルタ処理によりノイズを除去する処理が一般に行われる。当該フィルタ処理として通常の観測では、ＳＡＲからの送信波に対する後方散乱波以外の受信電波成分は不要成分として除去する処理が行われる。これに対し、本システムはＳＡＲの送信波とは別に電波を発する電波源を検知することを目的としており、当該電波源が発する不要電波はＳＡＲの受信信号において後方散乱波以外の成分をなす。そのため、本システムは、レーダー画像生成手段１２に入力する上述のクロス偏波の受信データとして、後方散乱波以外の成分を除去していない受信データを取得することが望ましい。
【００２８】
また、ステップＳ１にて、演算処理装置４は、出力装置１０の表示画像を生成するために、ライク偏波の受信データ、すなわち、送受信が垂直偏波で行われるＶＶ又は送受信が水平偏波で行われるＨＨの受信データも取得する。
【００２９】
レーダー画像生成手段１２は、取得したクロス偏波の受信データからレーダー画像を生成する（ステップＳ２）。レーダー画像生成手段１２はＶＨのレーダー画像とＨＶのレーダー画像とを位置合わせし、ＶＨ及びＨＶについて地表の同一の観測範囲が写ったレーダー画像を生成する。これにより、両のレーダー画像内の同じ位置の画素は地表の同じ地点に対応する。すなわち、画像を構成する複数の画素を、画像内での水平方向の位置ｉ及び垂直方向の位置ｊで表される二次元座標（ｉ，ｊ）で識別することにすると、ＶＨの画像における画素ＰＶＨ（ｉ，ｊ）とＨＶの画像における画素ＰＨＶ（ｉ，ｊ）とは互いに同じ地点に対応する。
【００３０】
上述のようにレーダー画像の生成処理ではノイズ処理が行われ得るが、本システムではクロス偏波の受信データからレーダー画像を生成する処理にて、不要電波を除去するノイズ処理は行わない。つまり、一般には、地表からの後方散乱波に基づき地表の性状を表すレーダー画像を生成する際に、地表の性状とは無関係な不要電波は画質劣化の原因となるため、不要電波を除去してレーダー画像を生成するが、本システムではこの不要電波によるレーダー画像の画質低下を利用して電波源の存在する領域を検知する。このノイズ処理に関する点を除けば、レーダー画像生成手段１２におけるレーダー画像の生成処理は基本的に従来と同様の原理で行われる。
【００３１】
ちなみに、例えば、受信強度が大きい画素ほど明るく表示するレーダー画像において、不要電波が受信される領域は、地表からの後方散乱波に不要電波の成分が重畳される結果、白濁しコントラストが低下して表示されることが多い。
【００３２】
レーダー画像生成手段１２により生成されたＶＨ及びＨＶのレーダー画像のデータは電波源検知手段１４に入力される。
【００３３】
電波源検知手段１４はレーダー画像生成手段１２により生成されたレーダー画像における部分領域ごとに画質を示す指標を算出する（ステップＳ３）。ここではレーダー画像の画素を部分領域とする構成を例として説明するが、部分領域は隣接する複数画素からなる領域とすることもできる。
【００３４】
例えば、電波源検知手段１４は、画質を表す指標値として、レーダー画像を構成する画素ごとにＶＨとＨＶとの間での画素値の相関係数を算出する。ＶＨの画像の画素ＰＶＨ（ｉ，ｊ）での画素値をＳＶＨ（ｉ，ｊ）、またＨＶの画像の画素ＰＨＶ（ｉ，ｊ）での画素値をＳＨＶ（ｉ，ｊ）と表すと、当該画素での画素値の相関係数Ｃ（ｉ，ｊ）は例えば、当該画素を中心とする水平Ｍ画素、垂直Ｎ画素の範囲のＭ×Ｎ個の画素値を用いて次式で定義することができる。なお、Ｍ，Ｎは２以上の自然数であり、また、当該式中、変数に付した＊は、例えば、変数Ｘ＊がＸの複素共役であることを示す。
【００３５】
【数１】
2018124145.tif 000003
【００３６】
ここで、ＶＨとＨＶとで同一のアンテナ位置から送受信を行った場合の同一地点の後方散乱係数は、ＶＨとＨＶとで一般に等しくなる。一方、ＳＡＲは垂直偏波のパルスと水平偏波のパルスとを交互に送信して、ＶＨ及びＨＶの受信データを取得する。つまり、ＶＨ及びＨＶの受信データの取得タイミングにはずれが存在し、また、その間にアンテナ位置が変化する。
【００３７】
不要電波の成分が存在しない領域では、アンテナ位置の違いの影響はあるものの、同一地点での後方散乱に係るＳＶＨ（ｉ，ｊ）とＳＨＶ（ｉ，ｊ）とは近似的には等しくなることが期待できる。つまり、この場合、当該領域の画素についてはＶＨとＨＶとの間で正の相関関係があり、相関係数Ｃｏｒは比較的大きな値となる。
【００３８】
一方、不要電波の成分が存在する領域では、不要電波の成分が異なるタイミング間で相関するとは限らない。そのため、この場合、当該領域の画素でのＶＨとＨＶとの間の相関は概して低くなり、相関係数Ｃｏｒは比較的小さな値となることが期待できる。
【００３９】
つまり画素について相関係数Ｃｏｒに基づいて不要電波の影響の有無を推定できる。また、不要電波の成分が重畳した画素を含む画像領域では画質が低下するので、上述したように相関係数Ｃｏｒを画質を示す指標として用いることができる。
【００４０】
そこで、電波源検知手段１４は、相関係数Ｃｏｒを用いて、クロス偏波のレーダー画像における画質低下領域を特定し、当該領域を電波源の存在が推測される候補領域として検出する（ステップＳ４）。まず、電波源検知手段１４は相関係数Ｃｏｒを予め定めた基準と比較して、不要電波の影響による画質低下の有無を判定する。具体的には、電波源検知手段１４は、相関係数Ｃｏｒが予め定めた閾値Ｔ１未満である画素は不要電波の影響を受けていると判定する。
【００４１】
また、電波源から放射される不要電波の影響は或る程度の拡がりを有した領域で観測されることが期待できる。そこで、電波源検知手段１４は、相関係数Ｃｏｒが閾値Ｔ１未満である画素が予め定めた閾値Ｔ２以上の密度で存在する領域を、不要電波の影響を受けている領域として抽出し、当該領域を電波源の存在が推測される候補領域とする。
【００４２】
ちなみに、閾値Ｔ２を用いた画素の密度についての条件により、不要電波とは無関係のノイズ等により相関係数Ｃｏｒが低くなる画素を不要電波の影響を受けた領域として誤検出することを防ぐことができる。
【００４３】
表示画像生成手段１６は、表示装置に表示させる画像として、ライク偏波のレーダー画像にて、候補領域に対応する位置を識別可能に表した画像を生成する（ステップＳ５）。具体的には、表示画像生成手段１６は、ステップＳ１にて取得したＶＶ又はＨＨの受信データを用いてレーダー画像を生成する。さらに、当該レーダー画像にて候補領域をユーザが識別することができるように表示した画像を生成し、出力装置１０へ出力し表示させる。例えば、表示画像は、ＶＶ又はＨＨのレーダー画像にて、候補領域以外をモノクロで表示し、候補領域に色を付したものとすることができる。
【００４４】
地物が好適に写るＶＶやＨＨのレーダー画像に候補領域を表示することで、例えば、電波源であり得る建物、施設の特定が容易となる。
【００４５】
また、表示画像生成手段１６は、調査地域の地図データを用い、候補領域が表示された地図を表示画像として生成してもよく、当該表示画像においても電波源の建物、施設の把握が容易となる。
【００４６】
上述の構成では、不要電波による画質低下の指標として相関係数Ｃｏｒを用いる例を説明したが、不要電波の影響を受けた画像領域での白濁・コントラスト低下をより直接的に示す指標を用いてもよい。例えば、白濁については明度平均を指標とし、コントラストについては明度分散を指標として用いることができる。
【００４７】
また、電波源検知手段１４は、クロス偏波のレーダー画像を構成する画素ごとに当該画素に対応する地表領域からのレーダー受信波の周波数スペクトルを求め、レーダー送信波に対して想定される後方散乱波強度に応じて設定される閾値Ｔ３を用いて、当該周波数スペクトルにおいて閾値Ｔ３を超えるピークの有無を判定し、当該ピークが存在する画素が予め定めた閾値Ｔ４以上の密度で存在する領域を候補領域とする構成とすることもできる。
【００４８】
例えば、通常のレーダー画像の生成ではノイズであるとしてフィルタリングされ除去される強度を有するピークを、そのノイズ判定での閾値に対応したＴ３を用いて検出する。当該ピークはランダムノイズでも生じ得るが、当該ピークを有する画素が集中する領域は、ランダムノイズではなく不要電波の影響を受けていると推測され、当該画素の集中領域の検出に好適な閾値Ｔ４が設定される。
【００４９】
また、或る電波源からの不要電波による周波数スペクトルのピークの位置は画素間で共通すると考えられるので、ノイズとされるピークの位置が共通する画素が集中する領域を候補領域として抽出してもよい。
【００５０】
なお、一般に、クロス偏波での後方散乱波の強度はライク偏波での後方散乱波の強度より低くなるため、不要電波の成分の影響は基本的にライク偏波のレーダー画像よりクロス偏波のレーダー画像に顕著に表れる。そこで、電波源検知手段１４ではクロス偏波のレーダー画像における画質低下領域を特定し、候補領域を求めている。しかし、閾値Ｔ１や閾値Ｔ３を適切に調整することでライク偏波のレーダー画像を用いても、候補領域を求めることが可能である。
【符号の説明】
【００５１】
２  電波環境調査システム、４  演算処理装置、６  記憶装置、８  入力装置、１０  出力装置、１２  レーダー画像生成手段、１４  電波源検知手段、１６  表示画像生成手段。
【図１】
2018124145.tif 000004
【図２】
2018124145.tif 000005