将来合成開口レーダについて-災害観測/資源
観測Future spaceborne synthetic aperture radar disaster/resources monitoring
島田政信,大沢右二(地球観測利用推進センター
/宇宙航空研究開発機構)
masanobu shimada, Yuji Osawa(Earth
Observation Resaerch center/Japan
Aerospace Exploration Agency)
E-mail:[email protected]
JAXA Spaceborne/Airborne sensor Programs and SARs
1990’
1980’
2000’
MOS-1/2
Feb. 11,1992-Oct.12,1998
JERS-1
ADEOS
Pi-SAR
Oct. 1996-
TRMM
ADEOS-II
ALOS
SAR installing satellite
GCOM/GPM
SAR not-installing satellite
Representative parameters of JAXA SAR
Freq.
Bw(MHz)
InSAR
FULLPOL
JERS-1
L
15
X
Pi-SAR
L
50
X
X
PALSAR
L
28/14
X
X
SCANSAR
X
Penetration
(4)樹幹からの散乱
(1)葉冠からの後方散
乱
(5)地表と樹幹
の2回後方散乱
(3)地表からの後
方散乱
(2)地表と樹幹の2回
後方散乱
S A R scattering mechanism from the land complex
K&C output examples
a)Mosaic of Kalimantan, b) (Mangrove forest, Malaysia),
c)biomass-coherence, d) Flood duration map
K&C Desert & Water Theme
Mapping of sub-surface hydrology in arid areas.
L band penetration
Coherences of Mt. Fuji images
Measure coherences of several different targets
as functions of time separation and baseline.
1
Coherence-Time
0.6
2
Area1
Area2
Area3
Area4
Area5
Area6
0.55
0.5
3
4
Coherence
0.45
0.4
0.35
5
0.3
0.25
0.2
0
500
1000
Time separation (days)
1500
2000
6
Surface
Surface Deformation
Deformation
measured
measured by
by JERS-1
JERS-1
Differential
Differential InSAR
InSAR
Master:Feb.6.1995
Master:Feb.6.1995
Slave:Sept.9.1992
Slave:Sept.9.1992
150
σ = 34.65 degree
Histogram
φ
100
50
0
0
50
100
150
200
250
phase difference (degree)
300
350
Phase error
35°->1.2cm, weighed filter reduces
the error.
Land slide monitoring
Comparison between DInSAR and GPS
Analysis to Takisaka landslide from
1995/04/28 to 1995/10/21
GP01
GP02
GP03
GP18
GP17
5.9cm
-5.9cm
GP04
GP05
GP06
GP08
4/95 - 11/95 (GPS)
3/95 - 7/95 (DinSAR)
4/95 - 10/95 (DinSAR)
15
Displacement (cm)
10
GP20
7/95 - 9/95 (DinSAR)
9/95 - 10/95 (DinSAR)
total
GP09
GP10
GP11
GP12
GP15
5
GP19
GP07
GP13
GP14
0
-5
After Furuta et al.
-10
-15
0
5
10
15
GCP point number
20
25
Mt. Fuji (Japan) and neighbor mountains
Needs Interferometric processing and generates digital elevation model whose
accuracy is around several tens meters. This case has 80 meter standard
variation. Main cause is inaccurate estimation of the atmospheric phase and
orbital information, small (or less) coherence at the high relief region.
Generation of L band model function and estimated wind speed,
after T. Shimada et al.
0
σlin
(U,φ) = a0(U)+ a1(U)cosφ +
a2(U)cos2φ + a3(U)cos3φ
σ
0
90°
U sin φ
0°
U cos φ
180°
NSCAT
270°
Buoy
2288 scenes of JERS-1 SAR’ NRCS and incidence angle
NSCAT, Buoy data for wind vectors
7577 match up data for wide range of wind vector
Wind speed by JERS-1 SAR
JERS-1 SAR
Wind speed by NSCAT+Buoy
UL -7.068, -72.100
UR -7.182, -70.265
LL -10.668,-72.892
LR -10.786,-71.051
Sigma-naught stability of Amazon forest
-4
-5
Normalized RCS (dB)
average(dB)
-6.92
-7.08
-6.81
total
wet
dry
std. dv.(dB)
0.23
0.20
0.18
-6
-7
-8
DRY
WET
-9
0
10
20
30
40
Months after Nov. 1992
TIME
Dry/Wet Season(139)
PALSAR Calibration sites in Amazon
50
Pi-SAR REPEAT PASS InSAR
SIGMA-SAR
Scattering Balance
Tomakomai forest:Nov. 2 2002
Incidence angle (degrees)
fv:volume scattering
fd:double bounce
x:fd(HH)/fd(VV)
Interferometry - Tomakomai forest (HH-VV)
Amplitude image
Coherence HH:µ183.90/σ29.21
Phase difference (HH)
Coherence VV:µ178.91/σ27.54
Original Image: Hokkaido Tomakomai region
Town
Forest
Highway
Urban
HH, HV, VV
Polarimetric SAR data obtained by JAXA L band airborne SAR
Land Classification
Surface
Volume
amplitude
phase combination
combination
Double
amplitude combination
phase combination
Tree height Histogram
POL-IN-SAR
color. comp
Coherence
Trees
IONOSPHERE
Faraday rotation depends on electron
density and geomagnetic field.
Error source for polarization data, but
might provide new research trigger.
International Reference
Ionosphere @ NASA.GSFC
今後の注目すべき特徴
•信号の透過性 -> ターゲット検出
•L バンド
•ポラリメトリ
•干渉処理
•森林/洪水/湿原/砂漠モニター
•災害(地震, 地滑り)
•もれのない観測
仮に設定した目標
‹
•空間分解能10m程度の合成開口レーダ(SAR)を
搭載する複数のSAR衛星により、発災後ほぼ3時間
以内に災害地域の観測データを関係機関に提供。以
降、必要に応じ、3時間毎の観測データを提供。
•自動精密軌道制御技術と高精度インターフェロメトリ
技術を開発し、cm級の精度での地表面変化の観測
を3時間毎に行う。
‹
検討結果
•衛星の軌道高度を適切に選択することにより、4機の
衛星で3時間毎の観測が可能との結論を得た
•但し、3時間毎に全球のデータが得られるわけでは
なく、あらかじめ指定された場所の3時間毎の観測と
なる(観測幅:約100kmを想定)
•例:
高度約720km:入射角70度
‹高度約1300km:入射角60度
‹
•衛星毎に軌道面を変える必要がある
将来SARの一例
No. SAR S/Cs
Frequency
Height
Resolution
Polarization
Trans power
Modes
Orbits
~ 4程度以下+アルファ
L (changeable?)
Medium ~ 600Km
~10m
HH, full pol(1)
~2Kw
STRIP/SCANSAR
same orbits
~45 deg. separated
7 days’ InSAR
Objectives:
干渉SARによる地殻変動 (3時間以内 )
全球森林観測(バイオマス量推定)
環境モニター(Environment monitoring)
SAR sat#1
SAR sat#2
SAR sat#3
SAR sat#4
Key words:High coherence, short time
repeatability.
案1)
衛星
主
衛星1 L- full polarimetry
衛星2 L単偏波
従
L-full polarimetry
SAR sat#1
衛星3 L単偏波
衛星4 L単偏波
観測目標:
SAR sat#2
SAR sat#3
7日間隔DinSAR
3時間内観測
世界森林樹高測定(バイオマス)
その他
SAR sat#4
案2)
衛星
主
衛星1 L- full polarimetry
従
複数小型受信機
衛星2 L単偏波
衛星3 L単偏波
衛星4 L単偏波
観測目標:
7日間隔DinSAR
3時間内観測
DEM(高精度)あるいはバイオマス量
案3)
衛星
主
衛星1 L- full polarimetry
衛星2 L単偏波
衛星3 L単偏波
少なくなる?
衛星4 L単偏波
観測目標:
7日間隔DinSAR
3時間内観測
世界森林樹高測定(バイオマス精度劣化版)
その他
案4)
衛星
主
衛星1 L- full polarimetry
受信機(Bistatic-sar)
SCANSAR-SCANSAR DinSAR
Biomass-
観測目標:
7日間隔DinSAR(400km)
3時間内観測
世界森林樹高測定(バイオマス精度劣化版)
その他
SCANSAR
Types
No. of pulses
Resolution
Period(s)
3 scans
4 scans
5 scans
247/356/274
247/356/274/355
247/356/274/355/327
x3.0
x4.2
x5.3
0.46
0.63
0.8
3 scans
4 scans
5 scans
480/698/534
480/698/534/696
480/698/534/696/640
x3.0
x4.2
x5.3
0.92
1.25
1.58
Polarization HH/VV
Process: Range migration+SPECAN
Location error of equi-transmission -> 50 pulses -> possible
SCANSAR SCANSAR InSAR -> only experimental
技術課題
‹
•SARおよび衛星の小型化、軽量化
•精密軌道制御
•軌道面の異なる4つの軌道への衛星投入方式
•低コスト化
•大気遅延の影響除去
•電離層の影響(ファラデー回転)
•運用モードの選択:観測幅の拡大(400km)
•SCANSAR?
•STRIP?
‹
その他の課題
•ユーザの明確化
ー>InSAR研究会?
代表的仕様
周波数
Lバンド(1275MHz )
帯域幅
28MHz
偏波数
4
AD変換器
3I+Q(BAQ)
送信電力
2Kw
軌道高度
500 600Km
観測幅
100km(STRIP)+400km(SCANSAR)
Data Rate 120MBPS
ローカルタイム
TBD(ドーンダスクか?)
軌道保持
100m tube
アンテナ
20m程度
NESZ
-30 dB
ヨースティアリング
電離層補正機能(?)
モード切り替え時間 0.1秒
ダウンロード

将来合成開口レーダについて-災害観測/資源 観測