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合成開口レーダー(ごうせいかいこうレーダー、SAR:Synthetic Aperture Radar)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。

◆ 概要

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することによって、対象物の観測を行なう。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。

しかし、電磁波を使った観測機器(レンズやアンテナ)の分解能は、波長に比例するために、マイクロ波をつかうレーダーは、同じ直径の光学レンズに比べると分解能が非常に低い(光学レンズの10万分の1程度)。光学レンズ並に分解能を上げようとするとアンテナの直径を極めて大きくする必要があり、物理的に困難である。この短所を解消するために考え出されたのが合成開口レーダーである。

合成開口レーダーは、概念的には、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とされる。つまり、軌道を移動中に何回も送受信を行ない、受信した電波を、ドップラー効果を考慮した上で合成することによって、分解能を向上させている。すなわち、「小さな開口面(アンテナ)を合成して大きな開口面(アンテナ)を実現するレーダー」であり、そのため「合成開口レーダー」と呼ばれる。

しかし、このような説明は、移動方向の分解能の向上(アジマス圧縮)しか説明していない。移動方向と直交する方向の分解能を向上(レンジ圧縮)するためには、短い時間内に送信波の周波数を微妙に変化させることによって、擬似的にドップラー効果と同様の効果を実現する必要がある。そのような送信波のことを、チャープ信号と呼ぶ。

◆ 用途

合成開口レーダーはアポロ計画の頃からあり、NASAが月面探査などに使用していた。しかし、合成開口レーダーによって得られるデータ量は膨大であり、高性能なコンピュータが無ければデータの処理ができず、アポロ計画のように巨額の予算を使えるプロジェクトでなければ使用できなかった。そのため、用途が広がったのは近年コンピュータが発達してからである。現在では以下のような用途に使われている。

・ 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

応用として、干渉合成開口レーダー(InSAR:Interferometric SAR)がある。これは、同じ地点を2ヵ所から、または2時期に観測し、データ処理することによって、地表の標高やその変化の映像を得るものである。現在では地震による地殻変動の観測などに使われており、今後様々な分野への応用が期待されている。InSARの長所を3つ挙げることができる。

・ 地上観測点が必要無いために非常に高い空間分解能が実現できる(GPSとの違い)

・ 人間が到達しにくい場所(山地、砂漠、極地、僻地)も観測できる

・ 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である

短所としては、

・ 衛星が地上の同じ場所を照射するまでに最低数十日かかること(時間分解能が低い)

・ 水蒸気遅延の影響を受けること

等が挙げられる。また、衛星と地上物との距離の変化だけを測るので、東西、南北、上下の変位3成分を観測することは簡単では無い。

◆ 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力を高める逆合成開口レーダー(ISAR:Inverse SAR)というものもある。

◆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等に搭載された。

◆ 関連項目

・ 開口合成

・ 情報収集衛星

・ Shuttle Radar Topography Mission

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・合成開口レーダー page1