ごうせいかいこう‐レーダー〔ガフセイカイコウ‐〕【合成開口レーダー】
【合成開口レーダー】(ごうせいかいこうれーだー)
Synthetic Aperture Radar(SAR).
電磁波（マイクロ波）を利用し、高解像度の地形イメージを作り出すレーダー。
可視光や赤外線画像に比べ、天候に左右されない利点を持つ。
一般にレーダーの解像度に大きく影響する「指向性（ビーム幅）」は、「λ/D(λ:波長 D:アンテナ直径)」で表される。
アンテナが大きければ大きいほど、波長が短ければ短い（周波数高）ほど、高解像度が得られることになる。
すなわち同じアンテナ径であれば、超高周波数の光（≒0.5μm）に比べてミリ波（≒8.5mm）は解像度が低く、レーダーに用いられるマイクロ波（≒10cm以上）はさらに低いことになる。
動物の眼という小型の受信機でも、大型レーダーを越える解像度が得られるのはこのためである。
マイクロ波で可視光と同等の解像度を得るためには、理論上はアンテナ径を10万倍以上にしなければならないが、これはもちろん不可能である。
しかし、可視光カメラを用いると、今度は高周波数なために大気中では減衰が大きく、探知距離が落ちてしまう問題がある。
そこで、マイクロ波を用いて、複数のアンテナないしは自機の移動を使って見かけ上のアンテナ径を上げる技術が合成開口レーダーである。
原理
自機の移動を利用する、合成開口レーダーの原理について説明する。
原理は、フェイズドアレイレーダーによく似ている。
フェイズドアレイレーダーにおける各素子の代わりに、自機が移動してポイント（最低でも"波長/2=標本化定理"）ごとにレーダー波を送受信、その結果を記録する。
フェイズドアレイレーダーにおける「アンテナ径」は、端から端までの素子の距離であったので、理論上は自機が移動する限り、見かけ上とてつもなく巨大なアンテナを作ることが出来るのである。
しかし、実際にはフェイズドアレイレーダーに比べて難しい技術である。
フェイズドアレイレーダーでは各素子の受信は同時になり、位相変換素子を用いて簡単に位相の重ねあわせを行うことが出来る。
しかしながら合成開口レーダーでは、受信に時間的なズレがあるため、コンピュータによる処理を行わなければならない。
コンピュータ上で高周波数のマイクロ波の受信結果を正確に記録し、位相の重ねあわせを行うには非常に多くの処理量（膨大な数のフーリエ変換等）を要する。
そのため、十分な性能を持つコンピュータが登場するまで実現不可能な技術であったし、現在でも高性能なコンピュータを必要となる（場合によっては多少解像度を落としてでも処理量を減らすことがある）。
欠点としては、広範囲にレーダー波を照射して必要なデータのみを浮かび上がらせる方法であるため、一点に集中するより雑音を拾いやすいこと、予め地上高度データが必要になること、自機に精度の良い航法装置を必要とすること、真下は死角となることなどがある。
電波の干渉を用いるため"Interferometric Synthetic Aperture Radar：干渉合成開口レーダ(InSAR)"とも呼ばれる。
実用例
移動する物体に搭載される例としては、観測機や人工衛星、攻撃機、偵察機があり、測量や観測、偵察や攻撃機のターゲティングに用いられる。地表の状態を数十cm～数m単位で知ることが出来る。
また、地上にある巨大な電波望遠鏡を複数組み合わせて（フェイズドアレイの素子に対応）、見かけ上更に巨大な電波望遠鏡を作り出し、深宇宙を探る用途にも用いられる。
国立天文台・野辺山宇宙電波観測所では、直径45メートルの高精度電波望遠鏡と、直径10メートルのパラボラアンテナ5基を最長600m程度の範囲に配置し、信号を開口合成して直径600m相当の解像度を達成している。
参考リンク：http://homepage3.nifty.com/murasakigawa/tech/sar/ (合成開口レーダー)
合成開口レーダー
【英】: synthetic aperture radar
略語: SAR
| 航空機または衛星から地表の情報を映像として得るリモート・センシングの一つの手段で、大気による減衰の少ないマイクロ波（波長約 1 ～ 30cm ）を利用し、自ら電波を発信し、対象物（地表）からの反射波を受信して画像を得るアクティブ（能動型）センサーの代表的なものである。電波を斜めに発射し、地表面の物質の種類や表面の粗さで変わる反射波から地表に関する情報を取り出すサイド・ルッキング・レーダー（SLAR）の一種であるが、航空機または衛星の飛行につれて、ある区間にわたって得られる信号を重ね合わせる（synthetic）ことによって分解能向上に有効な仮想アンテナ長（開口長）を大きくする方式のものである。地質情報取得を目的とする SAR は波長 30cm 程度の L バンド、波長 3cm 程度の X バンドなどが用いられている。対象地域の地質構造情報を得るためには異なる照射角度、異なる照射方向のデータを得る必要があるが、このレーダー・センサーによれば、MSS などの光学的センサーと異なり、雲を透過して画像を得られるという特質があり、熱帯地域の画像収集に威力を発揮し、いくつかの地域で成功している。 |
合成開口レーダー
出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2025/02/04 15:19 UTC 版)
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合成開口レーダー（英語: SAR; Synthetic Aperture Radar、ごうせいかいこうレーダー）とは、航空機や人工衛星に搭載して利用するレーダーの一種で、レーダー装置側が直線移動することを利用して装置の実際の開口面（レーダーの直径）よりも大きな開口面を持つ仮想的なレーダーとして機能する観測装置。
一般的なレーダー（実開口レーダー）の特徴である雲や降雨の透過、昼夜を問わず観測に使用できるという特徴に加え、合成開口の技術によって同じ大きさのレーダー装置よりも極めて高い解像度をもって観測対象を観測することが可能であり、地球観測衛星の分野においては可視光や赤外線を観測する光学観測衛星と相互に補完するような位置づけで利用される。
原理
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レーダーに使用されるLバンド、Cバンド、Xバンド、Kuバンド（25mm - 2500mm程度）等は可視光や赤外線（400 - 1400nm程度）に比べて波長が長く雲や雨粒などを透過するため天候の影響をほとんど受けずに地表や海面の観測ができる。しかし、電磁波による観測の分解能は波長に比例するため、同じ大きさのレーダーアンテナと光学レンズで比較するとレーダーの方が10万分の1程度と大幅に性能が劣る。この欠点を補うにはアンテナの直径を極めて大きくする必要があるが、これをアンテナを実際に大きくすることによってではなく、アンテナが直線的に移動することを利用して解決したのが合成開口レーダーである。
合成開口レーダーの基本的な考え方は、観測装置が直線移動する経路上に仮想的なアンテナを多数並べたものとみなすことにある。経路（観測衛星であれば周回軌道）を移動中にパルス状の電波の送信と観測対象からの応答の受信を繰り返し、受信した電波強度の時系列データから事後的な信号処理によってドップラー効果等を考慮して合成し、高い分解能の画像を取得する。「小さな開口面であるアンテナを合成して大きな開口面であるアンテナを実現する」ことから「合成開口」と呼ばれる。これは移動方向の分解能向上であるアジマス圧縮の説明で、移動方向と直交方向の分解能向上であるレンジ圧縮効果は、短時間で送信波の周波数を変化させて擬似的にドップラー同様の効果を実現して得る。取得した信号データは複雑で膨大なデータ量となる[1]ためそのままでは利用することができず、必要な処理演算が高負荷であったが、計算機の処理能力やアルゴリズムの発達につれて広い目的に用いられてるようになった。
用途
宇宙機への搭載としては1972年にアポロ17号で月面の撮像のために最初に使用され[2]、地球周回衛星としては1978年に海洋観測衛星シーサットに搭載。以降、1989年打ち上げの金星探査機マゼラン、2000年のスペースシャトル（STS-99）のShuttle Radar Topography Mission（SRTM）などで運用された。日本では地球資源衛星ふよう、陸域観測技術衛星だいち、情報収集衛星などに搭載された。
干渉合成開口レーダー
干渉合成開口レーダー (InSAR: Interferometric SAR) は、同一地点を2ヵ所または2時期に観測して地表の標高や変化の映像を得るもので、現在は地震による地殻変動の観測などに使われて応用が期待される。
- 短所
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- 時間分解能が低いため、衛星が地上の同じ場所を照射するまでに最低数十日を要する。
- 水蒸気遅延に影響される。
- 衛星と地上物間の距離変化を測定しており、東西・南北・上下の変位3成分の観測は不得手。
逆合成開口レーダー
レーダーアンテナの移動ではなく、相手側の移動や姿勢変化を利用して分解能を高める逆合成開口レーダー（ISAR：Inverse SAR）がある。
脚注
注釈
出典
- ^ 東芝ビジネスエキスパート株式会社ビジネスソリューション事業部 編『東芝レビュー 38(6)(405)』東芝技術企画部、1983年5月、504-507頁。
- ^ NECマネジメントパートナー株式会社 編『NEC技報 = NEC technical journal 36(2)(161)』日本電気、1983年2月、49頁。
- ^ Barry, Patrick L. (1999年9月3日). “Anticipating Earthquakes” (英語). www.nasa.gov. NASA. 2013年10月25日閲覧。
- ^ Gilles Peltzer, Frédéric Crampé, and Paul Rosen. “The Mw7.1 Hector Mine, California Earthquake: October 16, 1999, Mw7.1 ERS interferometry”. web.archive.org. JPL. 2009年3月20日時点のオリジナルよりアーカイブ。2013年10月25日閲覧。
関連項目
外部リンク
- “国土地理院の干渉SAR”. 国土地理院. 2022年5月5日閲覧。
- “ウクライナが日本に求めるSAR衛星データとは？ 雲に覆われた地表も丸裸にする技術に迫る”. ITmedia. 2022年8月27日閲覧。
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