合成開口レーダー

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、レーダーの一種で、航空機や人工衛星に搭載し、移動させることによって仮想的に大きな開口面（レーダーの直径）として働くレーダー。

一般的にレーダーは、通常マイクロ波もしくはミリ波と呼ばれる電磁波を対象物に照射し、反射して返ってきた信号を分析して対象物を観測する。マイクロ波は可視光などに比べて波長が長いため、雲などの影響を受けずに観測ができる。電磁波を使った観測機器のレンズやアンテナなどの分解能は波長に比例するため、マイクロ波をつかうレーダーは同じ直径の光学レンズの10万分の1程度と分解能が非常に低い。光学レンズ並に分解能を向上するにはアンテナの直径を極めて大きくする必要があり物理的に困難で、これを解消するために合成開口レーダーが開発された。

合成開口レーダーの概念は、軌道上に仮想的なアンテナをいくつも並べたものである。軌道を移動中に送受信を繰り返し、受信した電波をドップラー効果を考慮に入れて合成し、分解能を向上させている。「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。

用途

アポロ計画当時からNASAが月面探査などに使用していた。得られるデータは膨大な量で処理演算が高負荷であることから、計算機の処理能力の発達につれて広範に用いられている。

• 偵察衛星など、軍事用。
• 惑星探査など、天文学用。
• 地球観測によって、海洋研究、気象観測、地学、防災、農業、考古学など。

干渉合成開口レーダー

1999年アメリカ・カリフォルニア州南部で起きたヘクターマイン地震（マグニチュード7.1）におけるInSAR画像。縞模様の分布のずれから、断層の位置が推定される。

→詳細は「Interferometric synthetic aperture radar（英語版）」を参照

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。

長所

• GPSと異なり地上観測点が必要無いため、非常に高い空間分解能が実現可能。
• 人間が到達しにくい山地、砂漠、極地、僻地も観測可能。
• 衛星から能動的に電波を照射するために昼夜や天候を問わず観測可能。

短所

• 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

→詳細は「Inverse synthetic aperture radar（英語版）」を参照

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。

データ収集

ジェット推進研究所が1978年に打ち上げた海洋観測衛星シーサット、スペースシャトルのShuttle Radar Topography Mission、金星探査機マゼランで運用された。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。

脚注

関連項目

• 開口合成
• 情報収集衛星
• Shuttle Radar Topography Mission

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。