航空機から地表面を観測する合成開口レーダーの高分解能化と技術実証に成功
〜次世代レーダーにより従来比2倍、世界最高分解能15cmを達成〜
2022年1月25日
ポイント
- 15cm分解能で地表面を画像化するレーダーPi-SAR X3の技術実証に成功
- NICTの従来の航空機搭載合成開口レーダー（Pi-SAR2）に比べて2倍の高精細画像を取得
- 災害・環境モニタリングの分野での活用が期待され、船舶や漂流物等の海面監視にも応用可能
国立研究開発法人情報通信研究機構（NICT)、理事長: 徳田 英幸）は、電磁波研究所において、電波を使うことで昼夜・天候に左右されることなく地表面を画像化することができる航空機搭載合成開口レーダー「Pi-SAR X3」により、地表面観測の高分解能化（従来のPi-SAR2：分解能30cm→Pi-SAR X3：分解能15cm）を実現し、その技術実証のための試験観測に成功しました。分解能15cmは世界最高性能であり、従来比2倍の高精細画像が取得可能になりました。本技術により、地震等の自然災害時における被災状況をより詳細に把握できるようになり、円滑かつ効果的な救助活動や復旧作業への貢献が期待できます。今後、本技術は、災害発生状況の早期把握や環境モニタリング及び、船舶や漂流物等の海面監視などの社会実装への取組を推進していく予定です。
背景
NICTでは、航空機に搭載するX帯の電波を使った合成開口レーダーの研究を行い、分解能30cmで地表面を画像化することができるレーダー（Pi-SAR2）の開発を2008年に達成しました。開発後に実施した試験観測や災害観測で得られた画像データは自らの応用研究で活用するとともに、他の研究機関や行政機関に提供することで利活用を進めてきました。また、開発した技術の一部は社会展開され、実用化が進められています。一方で、画像データを利用しているユーザからは、より高精細に地表面を画像化することができる新たなシステムへの要望がありました。今回の成果は、その要望に応え、さらに本技術の高度化を実現するものです。
今回の成果
図1 Pi-SAR X3を搭載した航空機
［画像クリックで拡大表示］
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NICTは、世界最高分解能15cm達成を実証するため、2021年12月に能登半島上空においてPi-SAR X3を搭載した航空機によって初の試験観測を行い、従来比2倍の高精細画像取得に成功しました。同レーダーは、広帯域（従来比で2倍の帯域）に対応した送受信機とアンテナ、広帯域の受信信号を記録するための高速・大容量の観測データ記録装置（書き込み速度：10倍、容量：8倍（どちらも従来比））、及び観測して得られた観測データを準リアルタイムに処理して画像化する機上処理装置を搭載しています。図1は、今回技術実証したPi-SAR X3の機器を搭載した航空機を示しています。図2は、Pi-SAR X3の試験観測で得られた分解能15cmと30cmの画像を示しています。分解能15cmの画像では、トラクターの車輪が田圃（たんぼ）に作った轍（わだち）を明瞭に確認することができます。このような高精細画像を得ることができるPi-SAR X3は、災害時の被災地状況の把握を効果的に行うことができ、救助活動や復旧作業の現場での利用が期待できます。また、Pi-SAR X3は上空から広域を高精細に観測できるため、船舶や漂流物等の海面監視への利用も期待できます。
図2 2021年12月にPi-SAR X3で観測された輪島市近郊の画像と白枠内（田圃）の拡大図
（拡大左図： 15cm分解能、拡大右図：30cm分解能（Pi-SAR2相当））
Pi-SAR X3は、Pi-SAR2では計測することが困難であった田圃内の轍を鮮明に観測することに成功しており、地震等で発生する地表面の変化をこれまで以上に詳細に観測することができます。
（拡大左図： 15cm分解能、拡大右図：30cm分解能（Pi-SAR2相当））
Pi-SAR X3は、Pi-SAR2では計測することが困難であった田圃内の轍を鮮明に観測することに成功しており、地震等で発生する地表面の変化をこれまで以上に詳細に観測することができます。
今後の展望
今後は、システムの最適化を進めることで高画質化を進めていきます。また、2022年度からは、地震等の自然災害のモニタリングや、土地利用、森林破壊、海洋油汚染、海洋波浪、平時の火口観測等の環境モニタリングに関する技術の高度化を実施する予定です。
補足資料
航空機搭載合成開口レーダー Pi-SAR X3の計測ターゲット
Pi-SAR X3は地表面を昼夜・天候に左右されずに高分解能で画像化することができるシステムです。その計測ターゲットは図3の通りです。
図3 Pi-SAR X3の観測ターゲット
세계 최고 분해가능 Pi-SAR X3의 기술 실증에 성공 
항공기로부터 지표면을 관측하는 합성 통로 레이더-의 고분해가능화와 기술 실증에 성공
~차세대 레이더-에 의해 종래비 2배, 세계 최고 분해가능 15 cm를 달성~
2022년1월 25일
포인트
- 15 cm분해가능으로 지표면을 화상화하는 레이더-Pi-SAR X3의 기술 실증에 성공
- NICT의 종래의 항공기 탑재 합성 통로 레이더-(Pi-SAR2)에 비해 2배의 고정밀 화상을 취득
재해·환경 모니터링의 분야에서의 활용이 기대되어 선박이나 표류물등의 해면 감시에도 응용 가능
국립 연구 개발 법인 정보 통신 연구 기구(NICT), 이사장: 토쿠다영행)는, 전자파 연구소에 있고, 전파를 사용하는 것으로 밤낮·기후에 좌우되는 일 없이 지표면을 화상화할 수 있는 항공기 탑재합성 통로 레이더-「Pi-SAR X3」에 의해, 지표면관측의 고분해가능화(종래의 Pi-SAR2：분해가능 30cm→Pi-SARX3：분해가능 15 cm)를 실현해, 그 기술 실증을 위한 시험 관측에 성공했습니다.분해가능 15 cm는 세계 최고 성능이며, 종래비 2배의 고정밀 화상이 취득 가능하게 되었습니다.본기술에 의해, 지진등의 자연재해시에 있어서의 재해 상황을 보다 상세하게 파악할 수 있게 되어, 원활하고 효과적인 구조 활동이나 복구 작업에의 공헌을 기대할 수 있습니다.향후, 본기술은, 재해 발생 상황의 조기 파악이나 환경 모니터링 및, 선박이나 표류물등의 해면 감시등의 사회 실장에의 대전을 추진해 갈 예정입니다.
배경
NICT에서는, 항공기에 탑재하는 X대의 전파를 사용했다합성 통로 레이더-의 연구를 실시해, 분해가능 30 cm로 지표면을 화상화할 수 있는 레이더-(Pi-SAR2)의 개발을 2008년에 달성했습니다.개발 후에 실시한 시험 관측이나 재해 관측으로 얻을 수 있던 화상 데이터는 스스로의 응용 연구로 활용하는 것과 동시에, 다른 연구기관이나 행정 기관에 제공하는 것으로 이익 활용을 진행시켜 왔습니다.또, 개발한 기술의 일부는 사회 전개되고 실용화가 진행되고 있습니다.한편, 화상 데이터를 이용하고 있는 유저에게서는, 보다 고정밀에 지표면을 화상화할 수 있는 새로운 시스템에의 요망이 있었습니다.이번 성과는, 그 요망에 응해 한층 더 본기술의 고도화를 실현하는 것입니다.
이번 성과
도 1 Pi-SAR X3를 탑재한 항공기
［화상 클릭으로 확대 표시］
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NICT는, 세계 최고 분해가능 15 cm달성을 실증하기 위해(때문에), 2021년 12월에 노토반도 상공에 있어 Pi-SAR X3를 탑재한 항공기에 의해서 첫 시험 관측을 실시해, 종래비 2배의 고정밀 화상 취득에 성공했습니다.동레이더-는, 광대역(종래비로 2배의 대역)에 대응한 송수신기와 안테나, 광대역의 수신 신호를 기록하기 위한 고속·대용량의 관측 데이터 기록 장치(기입 속도：10배, 용량：8배(어느쪽이나 종래비)), 및 관측해 얻을 수 있던 관측 데이터를 준리얼타임에 처리해 화상화하는 기상 처리 장치를 탑재하고 있습니다.그림 1은, 이번 기술 실증한 Pi-SAR X3의 기기를 탑재한 항공기를 나타내고 있습니다.그림 2는, Pi-SAR X3의 시험 관측으로 얻을 수 있던 만큼 해능 15 cm와 30 cm의 화상을 나타내고 있습니다.분해가능 15 cm의 화상에서는, 트랙터의 차바퀴가 논(논)에 만든 철(바퀴 자욱)을 명료하게 확인할 수 있습니다.이러한 고정밀 화상을 얻을 수 있는 Pi-SARX3는, 재해시의 재해지 상황의 파악을 효과적으로 실시할 수 있어 구조 활동이나 복구 작업의 현장에서의 이용을 기대할 수 있습니다.또, Pi-SAR X3는 상공에서 광역을 고정밀에 관측할 수 있기 위해, 선박이나 표류물등의 해면 감시에의 이용도 기대할 수 있습니다.
도 2 2021년 12월에 Pi-SAR X3로 관측된 와지마시 근교의 화상과 백 범위내(논)의 확대도
(확대 좌도： 15 cm분해가능, 확대우도：30 cm분해가능(Pi-SAR2 상당))
Pi-SAR X3는, Pi-SAR2에서는 계측하는 것이 곤란함 논내의 철을 선명히 관측하는 것에 성공하고 있어 지진등으로 발생하는 지표면의 변화를 지금까지 이상으로 상세하게 관측할 수 있습니다.
(확대 좌도： 15 cm분해가능, 확대우도：30 cm분해가능(Pi-SAR2 상당))
Pi-SAR X3는, Pi-SAR2에서는 계측하는 것이 곤란함 논내의 철을 선명히 관측하는 것에 성공하고 있어 지진등으로 발생하는 지표면의 변화를 지금까지 이상으로 상세하게 관측할 수 있습니다.
향후의 전망
향후는, 시스템의 최적화를 진행시키는 것으로 고화질화를 진행시켜 나갑니다.또, 2022년도부터는, 지진등의 자연재해의 모니터링이나, 토지 이용, 삼림 파괴, 해양유 오염, 해양 파랑, 평시의 화구 관측등의 환경 모니터링에 관한 기술의 고도화를 실시할 예정입니다.
보충 자료
항공기 탑재 합성 통로 레이더- Pi-SAR X3의 계측 타겟
Pi-SAR X3는 지표면을 밤낮·기후에 좌우되지 않고 고분해가능으로 화상화할 수 있는 시스템입니다.그 계측 타겟은 그림 3대로입니다.
도 3 Pi-SAR X3의 관측 타겟
용어 해설
합성 통로 레이더-(SAR)
합성 통로 레이더-에서는, 높은 공간 분해가능을 얻기 위해서합성 통로 처리와펄스 압축 처리를 실시하고 있습니다.합성 통로 처리는, 비행 방향의 분해가능을 향상시키는 처리입니다.한편, 펄스 압축 처리는, 비행 방향과 직각 방향(이후, 「레인지 방향」이라고 부른다)의 분해가능을 향상시키는 처리입니다.NICT의 항공기 탑재 합성 통로 레이더-는 X대의 전파(8~12 GHz) 가운데, Pi-SAR 2에서는 9.3~9.8 GHz를 사용하고 있었습니다만, Pi-SAR X3에서는 9.2~10.2 GHz를 사용하고 있어, 송수신 하는 주파수의 폭(대역폭)을 확장하는 것에 의해서 분해가능의 향상을 실현하고 있습니다.