小型衛星の環境学研究への実証 ヨサファット テトォコ スリ スマンティヨ 教授 〒263-8522 千葉市稲毛区弥生町1-33 千葉大学環境リモートセンシング研究センター Tel. +81 (0)43 290 3840 / Fax +81 (0)43 290 3857 Email [email protected] Website http://www2.cr.chiba-u.jp/jmrsl ヨサファット研地上実証実験用大型無人航空機（JX-1） 発表内容 背景・目的・必要性・重要性 千葉大学小型衛星のロードマップ 千葉大学無人航空機（UAV)のロードマップ 画像処理とその応用 無人航空機・小型衛星・画像処理の関連記事： IEEE GRS Newsletter Issue June 2011 平成25年度 特別経費（プロジェクト分）－大学の特性を生かした多様な学術研究機能の充実－ 融合地球環境診断研究プログラム -小型衛星群による大陸規模地殻変動の観測現状の課題 (Chiba Univ + LAPAN) グローバル地殻変動観測 GAIA-II • 大型衛星開発における膨大な予算、複雑さ、 長期間など → 小型、軽量、安価、短期間開発の小型 Galileo 衛星の実現 • 小型衛星用の合成開口レーダ(SAR)の開発 挑戦 → 世界初のSAR搭載小型衛星の実現 QZS Global Land • 災害と人工衛星ミッションのミスマッチ Deformation → タイムリーな小型衛星ミッション • 大型衛星に搭載GNSS受信機の依存 → 安価かつタイムリーな小型衛星 • 地上GNSS受信ネットワークによる局所観測 → 小型衛星による広域観測の実現 • 大型衛星による単独観測 → 小型衛星群による共同観測で、時間分 電離層観測 解能の拡大 事業概要 • 千葉大学環境リモートセンシング研究センター （CEReS）が広域・低解像度の大気物理情報・地殻変 動メカニズムの観測用のGNSS-ROセンサ搭載小型衛 星（GAIA-I：50kgクラス）を開発する。 Compass • インドネシア宇宙航空局(LAPAN)との共同により、局 所・高解像度の大気物理情報・地殻変動メカニズム の観測用の円偏波合成開口レーダ（CP-SAR）搭載の GPS 小型衛星（GAIA-II：100kgクラス）を開発する。 GAIA-I （Chiba Univ） 既に開発した技術 • • • • • • • • • • • 実証実験用大型無人航空機 SAR画像信号処理 アンテナ設計開発 SARシステムの設計開発 SARシステム測定法（室内・外 野実験） ポラリメトリSAR技術 インタフェロメトリSAR技術 SAR応用 GNSS-RO技術 高速データ通信システム GNSS-RO応用 等 □ 事業計画期間：平成25年度～平成28年度（4年間） □ PI : Josaphat Tetuko Sri Sumantyo 研究上の課題 • 小型衛星用合成開口レーダ （SAR）システムの実現 • 構造系 • SAR画像信号処理 • 最適なアンテナの検討 • 宇宙環境調査 • 高速データ通信システム • テレメトリ・データハンドリング • 地上システム（振動、熱など） • CP-SAR・GNSS-ROの実証実験 • 応用開発 • 人材育成 等 期待される効果 •学問的効果 1）GNSS-ROセンサ搭載小型衛星（GAIA-I）： • グローバル地殻変動と電離層の電子密度変化の 観測 • 大気における気温・水蒸気量、海上風、津波・海面 高度、地球重力場測定など • 大地震の発生前のメカニズムの情報を広範囲・ 低 解像度に蓄積可能、グローバル大地震の観測 2）CP-SAR搭載小型衛星（GAIA-II）： • 既存の直線偏波SARより精密な情報の収集 • 局所・高解像度地殻変動の観測 •社会的効果 • 小型衛星群による災害軽減 • 共同利用共同研究拠点として取得情報の提供 • 災害軽減と安全安心な社会の実現 •改善効果 • 環境リモートセンシング分野における教育と研究の 高度化の推進 • 各機関の特長を集結させ、高度技術（小型衛星、無 人航空機など）で、環境リモートセンシング分野の リード GAIA-IとGAIA-II小型衛星の特徴を生かした観測方法 GNSS-ROセンサ搭載小型衛星（GAIA-I）： • GNSS-ROセンサで、地殻変動観測の間接的な観測 • グローバル地殻変動と電離層の電子密度変化 • 大気における気温・水蒸気量、海上風、津波・海面高 度、地球重力場測定など • 大地震の発生前のメカニズムの情報を広範囲・ 低 解像度に蓄積可能、グローバル大地震の観測 CP-SAR搭載小型衛星（GAIA-II）： • CP-SARセンサで地殻変動の直接 的に観測 • 局所・高解像度地殻変動の観測 • 精密な地殻変動情報の収集 0 0.75 Centimeters 上図： SARセンサによる東京駅周辺の微少 地殻変動（解像度数m、建物単位） GAIA-II (CP-SAR) Chiba Univ + Lapan 電離層の屈折 （電子密度、大気圏温度、湿度など） 地殻変動、重力等 準天頂 衛星 東京駅 -0.75 左図： GNSS-ROで、電子密度 変化分布（解像度数百 km）による大陸規模地殻 変動（東北地方太平洋沖 地震）の間接的に観測 GAIA-I (GNSS-RO) Chiba Univ 皇居 Compass 大陸規模地殻変動 （南海トラフ巨大地震など） ヨサファット研地上実証実験用大型無人航空機（JX-1） 欧州・Galileo 日本・QZS ULF GAIA-I GNSS-ROによる広域・ 低解像度の地殻変動観測 米国・GPS GPS GAIA-II CP-SARによる 局所・高解像度の 地殻変動観測 千葉大学小型衛星のロードマップ Basic Research 2013-2017 LAPANChibasat (360 Millions Yen＋LAPAN 400 Millions Yen) Advanced Research Chiba University - LAPAN - Chibasat (LAPAN-A5 / GAIA-II) L Band SR; Polar, 100 Kg Chiba University COE Start-up Program, MEXT Special Project etc. Operation / Missions GAIA-II Chiba University Charter : Always Aim Higher Chiba University – Ajou University, Korea NSPO, Taiwan, Polar, 100 Kg Chiba University – Seoul University, Korea Planetary, 100 Kg Chiba University - LAPAN Equatorial, 100 Kg Chiba University – Lapan, Malaysia Equatorial, 100 Kg ( Chiba University + LAPAN) グローバル地殻変動観測 GAIA-II Galileo GAIA-II (EP-SAR & CP-SAR : Patent Pending : 2014-214905) QZS Land deformation etc Chiba Univ., Kyoto Univ., JAXA, Taiwan - NCU, Polar, 50 Kg GPS-RO onboard Microsatellite GAIA-I 電離層観測 GAIA-I （Chiba University） Josaphat Laboratory Ground Experimental Synthetic Aperture Radar onboard Unmanned Aerial Vehicle (JX Series) L Band SAR 2010-2015 C/X Band SAR 2016-2020 mmW Band SAR 2021-2025 Multiband SAR Mission 2026-2030 2031-2035 GAIA-I 小型衛星: 宇宙用デバイスの開発 Electrode EDTP RF System GNSS-RO L band GAIAシリーズ用のオンボード計算機（OBC) GNSS-RO Ka band ISAS JAXAの真空チャンバー内で実験 GNSS掩蔽センサ (GNSS-RO) （MOOG社） 電子密度．電子温度プローブ(EDTP) GAIA-II小型衛星の開発：デバイス Electrode RF System EDTP 円偏波合成開口レーダ(CP-SAR) GNSS-RO L band Onboard Computer (OBC) for GAIA Series (EP-SAR & CP-SAR : Patent Pending : 2014-214905) CP-SAR GNSS-Radio Occultation (GNSS-RO) ヨサファット研地上実証実験用大型無人航空機（JX-1） 電子密度電子温度プローブ (EDTP) 衛星監視用地上局 Sバンド: コマンド TX & テレメトリ RX Xバンド : ミッションデータダウンリングRX 9F Faculty of Engineering Building (Roof) 9F Faculty of Engineering Building ８F 8F Faculty of Engineering Building Antenna & Controller ２F 研究棟 2F Center For Environmental Remote Sensing Building (Josaphat Laboratory) Sub Ground Control Room Main Ground Control Room ヨサファット研地上実証実験用大型無人航空機（JX-1） 千葉大学無人航空機ロードマップ Research and Human Resources Development on Fixed Wing Large Scale Unmanned Aerial Vehicle (UAV) Large UAV JX-1 Long range & wide coverage Payload : 25 kg Multimedia University, Malaysia(MMU) Indonesian Aerospace Agency (LAPAN) etc Large UAV JX-2 Long range & wide coverage Payload : 25 kg Multimedia University, Malaysia(MMU) Indonesian Aerospace Agency (LAPAN) etc Mini UAV JX-3 Development of Josaphat Laboratory Ground Experimental Large Scale Unmanned Aerial Vehicle (UAV) JX Series Medium range & coverage マルチバンドミッション Payload : 10 kg Multimedia University, Malaysia(MMU) Indonesian Aerospace Agency (LAPAN) etc Small UAV JX-4 Short range & small coverage Payload : 5 kg Multimedia University, Malaysia(MMU) Indonesian Aerospace Agency (LAPAN) etc Development of L band UAV-SAR Low Resolution L Band SAR 2010-2015 Medium Resolution High Resolution C/X Band SAR 2016-2020 mmW Band SAR 2021-2025 Multi Resolution Multiband SAR Mission 2026-2030 2031-2035 CP-SAR画像処理 y N M w w O (EP-SAR & CP-SAR : Patent Pending : 2014-214905) x Rw L-RHCP ER 0 EL 0 ; ER 0 EL 0 w cot 1 ( Rw ), 45 45, L-LHCP CP-SAR sensor After successful First Flight of Josaphat Laboratory Unmanned Aerial Vehicleヨサファット研地上実証実験用大型無人航空機（JX-1） (JX-1) at Fujikawa Airport w d , 0 w 180; 2 L-RHCP CP-SAR搭載無人航空機JX-２ ヨサファット研実証実験用大型無人航空機（JX-2） ヨサファット研地上実証実験用大型無人航空機（JX-1） インタフェログラム（位相変化図） 干渉SAR手法（InSAR） A2 Zoomed figure B A1 1 k A2 A1 a H : error between slant range 垂直変化 q r q q Dz 3 q T1 length A1 and A2. T2 Dx f : phase error 水平変化 2 Z k q 2 1 B cosk a B cos q a 2 1 B sinq a f 2 2 2 Dx sin q 3 Dz 4 1 2 3 4 B sinq a Dx sinq Dz cos q 4 B sinq a Dx sinq Dz cos q f cos q 東部ジャワ県泥噴出事故 2006年5月29日 ASTER 040828 20070402 ASTER 060701 干渉微分合成開口レーダ（DInSAR）法 ヨサファット研地上実証実験用大型無人航空機（JX-1） インドネシアメラピ山の噴火： ASTERデータ 対象地域：インドネシア メラピ山 7 July 2009 15 November 2010 Volcanic ash Mt. Merapi Volcanic plume Muntilan Mt. Merapi Muntilan Pyroclastic flow (sand, rock, ash) Yogyakarta 噴火前 ヨサファット研地上実証実験用大型無人航空機（JX-1） Yogyakarta 噴火後 (２０１１年１０月２６日と１１月５日） 微分干渉合成開口レーダ（DInSAR）： 火山噴火の噴出量 DInSAR手法による火山灰の厚さ分布 (a) Slave 16 September 2010 – Master 1 November 2010 (FBD) Mt. Merbabu Selo Cepogo Dukun Mt. Merapi Musuk Legend Deformation (cm) -15 -14 -13 -12 (b) Slave 16 March 2010 – Master 17 December 2010 (FBS) -11 Mt. Merbabu -10 -9 Selo -8 -7 -6 -5 Cepogo Dukun -4 -3 -2 Mt. Merapi -1 0 Musuk 1 2 3 4 Srumbung 5 6 7 8 Kemalang 9 Turi 10 Cangkringan Pakem 11 12 13 14 District boundary 15 15.6 km Srumbung Kemalang Turi Pakem Cangkringan 16 ヨサファット研地上実証実験用大型無人航空機（JX-1） 対象地域：インドネシア・バンドン市 ヨサファット研地上実証実験用大型無人航空機（JX-1） Bandung city 統計データ : 人口密度 1991 1993 1992 JERS-1 SAR 19930408-19940326 1994 JERS-1 SAR 19940326-19950128 1996 1995 -5.9 0 -5.9 1997 1998 1999 2000 2001 2002 +5.9cm 0 -5.9 JERS-1 SAR 19950128-19960115 -5.9 0 -5.9 -5.9 0 -5.9 +5.9cm JERS-1 SAR 19961118-19970809 2003 +5.9cm 0 +5.9cm JERS-1 SAR 19960115-19961118 +5.9cm 0 0 -5.9 +5.9cm +5.9cm 0 +5.9cm ALOS PALSAR 20070114-20080117 2004 Legend : Population 0 - 25,000 25,001 - 50,000 2005 2006 50,001 - 75,000 75,001 - 100,000 -5.9 -5.9 100,001 - 125,000 125,001 - 150,000 0 +5.9cm 0 -5.9 +5.9cm -5.9 IC11 IC12 IC18 ALOS PALSAR 20080117-20081204 IC15 150,001 - 175,000 IC21 2007 2008 175,001 - 200,000 IC17 IC14 ST36 ST31 ST35 ST33 ST22 ST23 IC45 ST32 ST34 ST12 IC16 IC46 ST11 ST37 IC44 ST24 ST21 IC23 IC43 IC13 IC22 200,001 - 225,000 IC31 IC32 225,001 - 250,000 0 -5.9 +5.9cm 0 +5.9cm IC81 IC42 IC51 IC63 ヨサファット研地上実証実験用大型無人航空機（JX-1） IC41 IC71 IC72 IC62 -5.9 0 IC61 +5.9cm 0 +5.9cm ペンジャリングアン区 チェンカレング区 タンジュングドレン区 高解像度SAR画像（TerraSARX）による都市内に発生する地 盤沈下の観測 ： インドネシア・ ジャカルタ市内 -0.75 0 0.75 Centimeters ヨサファット研地上実証実験用大型無人航空機（JX-1） 永久散乱体による干渉SAR （PS-InSAR） 電波伝搬のノイズ： • 季節 • 多重散乱 • 大気の影響 • 雲分布 • など R1 R2 f ΔR PS 4 r a noise TerraSAR-X画像によるPS-InSARの解析結果 40 Subsidence (mm) 30 20 10 0 -10 -20 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011121314151617181920212223 PS-InSAR 24 scenes Coherence 0.95 生データ：PASCO社より提供 ヨサファット研地上実証実験用大型無人航空機（JX-1） PS-IｎSARによるインドネシア・バンドン市の地盤沈下の観測 JERS 1 SAR 1996111819970809 5.9 +5.9cm Land deformation velocity (mm) 0 -128 ヨサファット研地上実証実験用大型無人航空機（JX-1） PS-InSARによるJakarta Great Sea Wallと将来インパクトの調査 Kompas Newspaper, 5 November 2014 Analysed by Prof. Josaphat Tetuko Sri Sumantyo JMRSL CEReS Chiba University ALOS PALSAR Data : 96 Scenes PS-InSAR method Acknowledgement : JAXA ヨサファット研地上実証実験用大型無人航空機（JX-1） Study Site : Landslide at Simpang Pulai – Cameron Highland Road Deformation Velocity mm/year Sedimentatio 32.76 n 0 Landslide/ -46.35 Subsidence Reference : 11 February 2011 Landslide (The Star, 26 August 2011) ALOS PALSAR : 10 February 2007 to 21 February 2011 Structure from Motion (SfM) Ground Survey : 20 September 2014 Landslide at Cameron Highland Highway リモートセンシング技術によるマレー半島にお ける土砂崩れの観測：Cameroon Highland Cameroon Highland ground campaign with Malaysian Government JGR, Universiti Sains Malaysia, and JICA on 20 September 2014 ヨサファット研地上実証実験用大型無人航空機（JX-1） Land Deformation along East West Highway + Electricity Transmission Line Batu Melintang Jeli Tunnel Lake Sedimentatio n Deformation Velocity mm/year 56.79 0 Gerik Scale 1:320,000 Landslide/ -49.49 Subsidence リモートセンシング技術によるマレー半島における土砂崩れの観測: Cameroon Highland – Dense Point Cloud ヨサファット研地上実証実験用大型無人航空機（JX-1） ご清聴ありがとうございました。 JX-1 JX-2 ヨサファット テトォコ スリ スマンティヨ 教授 〒263-8522 千葉市稲毛区弥生町1-33 千葉大学環境リモートセンシング研究センター Tel. +81 (0)43 290 3840 / Fax +81 (0)43 290 3857 Email [email protected] Website http://www2.cr.chiba-u.jp/jmrsl Facebook “+Follow or Like”をクリックして、ヨサファット研の活動をフォロー Fujikawa Airfield, 29 August 2013 UTC 06:09:54.521 ヨサファット研地上実証実験用大型無人航空機（JX-1）
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