リモートセンシングの利用分野大気陸域海洋宇宙

センシング
リモートセンシング：Remote Sensing
離れた場所から電波・光などで希望のターゲットを計測すること
passive
�自分で放射源を持たない
Radiometer, �Spectrometer
active ��放射源あり
Radar,�� Lidar
マイクロ波レーダ
電波を使った計測システム
光学センサー
光を使った計測システム
分解能の違い
散乱特性の違い
互いに補完�=�パートナー
1
リモートセンシングの利用分野
大気
気象
陸域
災害監視（地滑り，洪水，浸水，山火事）
大気状態，オゾン，温暖化ガス
火山活動，地盤変動，地震，大雪
土地利用形態，地図作成，2D/3D-Map
穀物・森林モニタリング
砂漠化，森林伐採
海洋
船舶検出，温度分布
宇宙
宇宙天文，惑星探査
エルニーニョ，波浪
2
センシング
レーダ： Radar（Radio Detection and Ranging）
レーダ
電波によるターゲット
ターゲット
距離 R
の距離計測と検出
遅延時間と電波の散乱
c = 3 ! 108 m/s
を利用
0
時間
t
検出には散乱振幅情報
" = 2R
c
遅延時間
植
R = c"
2
距離
生
距離計測には遅延時間
平らな面
電波伝搬特性
周波数（波長）依存性
２回反射
凹凸面
3
センシング
電波を使った計測：レーダリモートセンシングの利点
電波伝搬特性から導かれること
雲を透過する
天候に左右されない
昼夜に無関係
いつでも
アンテナパターン
広い領域を
同時に
広い領域
観測可能
4
センシング
電波のもつパラメータの利用
E 0 cos ( ! t – k#r + " )
ー１−
E0
Amplitude
受信電力を利用
!
Doppler frequency
Phase "
Synthetic Aperture Radar
2
1
周波数シフトを利用
SAR
合成開口
3
アンテナ
high resolution imaging
5
センシング
レーダにおける電力関係式
antenna #1
Gain G 1
電力密度
Pt
r
Ae1
r
1 Pt G 1 "
4! r 2 4! r 2
Pt G 1
4! r 2
"
距離ｒでの電力密度は
Pt G 1
4! r 2
ターゲットの電力反射係数をとすると
"
アンテナの送信電力を Pt
利得を G 1 とする
Pt G 1
" がターゲットによる再放射波源の電力となる
4! r 2
Pt G 1
アンテナ１での電力密度は 4!1 r 2 4! r 2 "
アンテナ１の有効面積
を掛けて受信電力が得られる
Ae1
6
センシング
antenna #1
Pt
Gain G 1
Pt G 1
4" r 2
電力密度
r
Ae1
#
r
1 Pt G 1 #
4" r 2 4" r 2
レーダ方程式
アンテナの受信電力
Pr
! 2G12 Pt
Pt G1
1
Pr =
# Ae1 =
3 4 #
4" r 2 4" r 2
4" r
自由空間での伝搬損失
!2
3
4" r 4
に比例
7
センシング
最大探知距離 r max
Detection range
受信電力
Pr =
4#
3
r
Pr
" 2G12 Pt
!
r max
r
Pr
!
r4
!
–
4
Pr = S min
r
r max
最小感知電力
2
S min =
2
1
3
" G Pt
4#
r
4
max
2
r max =
!
8
2
1
3
" G Pt
4#
S min
!
1
4
センシング
!
レーダ散乱断面積
RCS
(Radar Cross Section)
レーダパラメータと無関係にターゲット固有の大きさを表す必要がある
電力的に見たターゲットの反射係数
!
", # = rlim
4& r 2
$%
E s ", #
2
[ dBm 2 ]
Ei
[ dBsm ]
前方散乱
航空機レーダ
!
後方散乱
後方散乱
前方散乱
monostaticレーダでは後方散乱断面積が重要
ターゲットの比較に用いる
9
センシング
通常のレーダ計測では，によってターゲットの情報を計測する
レーダ散乱断面積
検出可能範囲
Radar Parameter
Target Parameter
! 2G 12 Pt
Pr =
#
3
周波数，分解能
4" r 4
入射角，偏波
観測量によって推定
10
#
大きさ，分布
形，材質など
センシング
大きさと材質による後方散乱断面積の違い
半径ｒの球からの正規化後方散乱断面積
10
metal
1
n
"0 =
n
"
# a2
refraction
index
lossy dielectric
0.1
"0
0.01
dielectric (snow)
n 2 = &r
0.001
n =!
0
レイリー散乱領域
4
% $
2
4
6
Mie散乱領域
8
n = 1.28 – j1.37
n = 1.29
10
14
12
16
ka= 2#a
$
11
センシング
電波のもつパラメータの利用
ー２−
Polarimetry
E0
E 0 cos ( " t – k#r + ! )
ベクトルとして
POL-SAR
Vector nature
Interferometry
!
3-D imaging
Polarimetric Interferometry
12
センシング
電波の進行方向の後側から見たとき，
偏波とは
ある断面内で，時間と共に電界の先端の描く軌跡
進行方向
軌跡は様々
軌跡
拡大
eye
!t = 3"
2
Transverse 面
!t =0
電界と磁界は直交しているので
電界のみを考える
#
右回り
!t = "
2
!t ="
13
センシング
瞬時電界の表現
z方向に進む平面波
y
観測量
!(z,t)=
!y (z,t)
!(z,t)
E x cos ( " t - k z + # x )
! x (z ,t)
=
! y (z ,t)
z
E y cos ( " t - k z + # y )
!x (z,t)
ｚ＝０の面で成分を展開
! x ( t ) = E x cos " t cos # x - E x sin " t sin # x
! y ( t ) = E y cos " t cos # y - E y sin " t sin # y
" t を消去するとだ円の方程式が得られる
! x2(t)
Ex
2
–
2 ! x (t) ! y (t)
Ex
Ey
cos # +
14
! y2(t)
Ey
2
# = #y – #x
= sin 2 #
x
センシング
Ey
y
!y
!(t)
# = tan – 1
&# – $ E x E y sin %
2
&t =
! (t)
"
z
!x
0 < % <'
&#
<0
&t
d"
dt
y
E y cos $ t + %y
! y (t)
= tan – 1
! x (t)
E x cos $ t + %x
Ex
% = %y - %x
左回り
d"
<0
x
x
dt
右回り
&#
>0
&t
d"
<0
y
dt
＞0
x
d"
＞0
dt
x
y
到来方向
– ' < % <0
y
到来方向
進行方向
進行方向
15
センシング
だ円の幾何学的パラメータ
$
y
Ey
#
Ellipticity angle
A
!
a
b
"
! =± tan – 1 b
a
x
Ex
z
!
Tilt angle
"
% = %y - %x
sin 2! =
2 Ex
Ex
E y sin %
2
+ Ey
2
0 < % <&
左回り
!>0
– & < % <0
右回り
!<0
16
偏波状態の２D表示
Ellipticity angle
45
左回り円偏波
左回りだ円偏波
直線偏波
0
右回りだ円偏波
右回り円偏波
-45
-90
45
0
-45
Ellipticity
90
Tilt
Tilt angle
17
センシング
散乱行列
Sinclair Scattering matrix
Et
Vector nature
Scattered wave
S
S
S
E s = S E t = SHH SHV
VH
VV
受信電界
S
S
S = SHH S HV
VH
VV
S HH = S HH e
j! HH
散乱行列
EH
EV
送信電界
複素反射係数の要素
振幅と位相情報
complex coefficients
ターゲットの完全な偏波情報が得られる
18
Ps
Pd
Pv
Pd
Pc
Ps
surface scattering
表面散乱
double bounce
2回反射散乱
volume scattering
体積散乱
Pv
helix scattering
ヘリックス散乱
散乱行列から2次統計量の行列へ
Ps + Pd + Pv
散乱電力分解（新潟大学発）
Ps
Pd
Pv
Pc
19
センシング
ALOS-PALSAR Quad-Pol Image over Niigata, Japan
2007.3.21
2006.6.18
20
2006.8.3

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