とらりもんHOME  Index  Search  Changes  Login

とらりもん - リモートセンシングの工学 Diff

  • Added parts are displayed like this.
  • Deleted parts are displayed like this.

筑波大学農林工学系 西田顕郎

!光と電磁波と電波
光と電磁波と電波はすべて同じもの。電磁場(電場と磁場)を伝わる波。「電磁波」が正式名称。

波長によって性質がいろいろ。波長によって呼び名もいろいろ。

波長による電磁波の呼び方 ()内はおおよその波長範囲。
[短波長]
  ガンマ線
  X線
  紫外線
  可視光線 (0.4μm〜0.7μm程度)
      紫色
      藍色
      青色
      緑色
      黄色
      橙色
      赤色
  赤外線 (0.7μm程度〜10μm程度)
      近赤外線
      中間赤外線
      熱赤外線
      遠赤外線
  マイクロ波 (1mm程度〜1m程度)
  テレビの電波
  ラジオの電波
[長波長]

速度を波長で割ることで、波の振動数(周波数)が求まる。電磁波の速度は3×10^8m/sec。

!!!!!問題1: 波長10μmの熱赤外線の周波数は

!!!!!問題2: JERS1/SARのマイクロ波の周波数は1.3GHz. その波長は?

!!!!!問題3: FMナックファイブの電波の周波数は79.5MHz。その波長は?

!プラットフォームとセンサー
プラットフォーム: 空を飛ぶための機械.人工衛星・飛行機・ヘリコプター・気球・凧・鳥など

センサー: 観測をするための装置.カメラ・デジカメ・レーダー・レーザー測距装置・放射計など

ひとつのプラットフォームに複数のセンサーが搭載されることもある.

例: [[Terra衛星|http://terra.nasa.gov/About/]]に積まれているセンサーは ... [[MODIS|http://modis.gsfc.nasa.gov/]], [[ASTER|http://www.gds.aster.ersdac.or.jp/gds_www2002/index_j.html]], [[MISR|http://www-misr.jpl.nasa.gov/]], [[CERES|http://asd-www.larc.nasa.gov/ceres/ASDceres.html]], [[MOPITT|http://terra.nasa.gov/About/MOPITT/index.php]]

同じセンサー(同型のセンサー)が複数のプラットフォームに搭載されることもある.

例: MODISは,Terra衛星とAqua衛星に積まれている.

プラットフォームとセンサーは,スラッシュ(/)で区切って並記することが多い.

例: Landsat/ETM+ ... プラットフォームはLandsat衛星.センサーはETM+.
例: Terra/MODIS ... プラットフォームはTerra衛星. センサーはMODIS.
例: Terra/ASTER ... プラットフォームはTerra衛星. センサーはASTER.
例: Aqua/MODIS ... プラットフォームはAqua衛星. センサーはMODIS.

!リモセンの大きなカテゴリー
光学センサーかマイクロ波センサーか?
光学センサー: 人の目で見える光に近い波長の電磁波(0.1ミクロン〜10ミクロン程度)をつかうセンサー
マイクロ波: マイクロ波という,波長の長い電磁波(1mm〜10cm程度)を使うセンサー

パッシブセンサーかアクティブセンサーか?
パッシブセンサー: 対象からやってくる太陽反射や熱放射を観測.
... センサー自身が信号を出したりしないので,「受動的パッシブ)」なセンサー.
アクティブセンサー: センサー自身が信号を出し,対象に当てて,その反射を観測.
... センサーが積極的に対象に働きかけるので,「能動的(アクティブ)」なセンサー.

民生衛星か軍事衛星か?
軍事衛星のデータは、トップシークレットなので民間には流れてこない。
例外: 米海軍のDMSP

例: Landsat/ETM+ ... 光学センサー, パッシブセンサー, 民生衛星
例: JERS1/SAR ..... マイクロ波センサー, アクティブセンサー, 民生衛星
例: DMSP/SSMI ...... マイクロ波センサー, パッシブセンサー, 軍事衛星
例: TRMM/TMI ...... マイクロ波センサー, パッシブセンサー, 民生衛星

リモセンでよく使われるのは、光学センサー, パッシブセンサー, 民生衛星。

!!!!!問題4: 以下のセンサーを、上のようなカテゴリーで分類せよ:
[[Terra/ASTER|http://www.gds.aster.ersdac.or.jp/gds_www2002/exhibition_j/a_sensor_j/set_a_sensor_j.html]], [[ICESAT/GLAS|http://icesat.gsfc.nasa.gov/glasinstrument.htm]], [[Aqua/AMSR-E|http://www.nasda.go.jp/projects/sat/aqua/launch/]], TRMM/PR

!パッシブ光学センサー
可視・近赤外・中間赤外・熱赤外のセンサー。

長所: 分解能が高い。人の目視と同様の画像が得られる。
短所: 雲があると、地表はみえない。

空間分解能は,
数km - 数m - 数10cm (可視・近赤外の場合)
数km - 数10m (熱赤外の場合)

太陽光の、地表面での反射光(可視・近赤外の場合)を見たり、地表の熱放射(中間赤外・熱赤外の場合)を見る。

!!!!!代表的なパッシブ光学センサー:
[[静止気象衛星(GMS)ひまわり|http://www.nasda.go.jp/projects/sat/gms/index_j.html]], [[NOAA/AVHRR|http://noaasis.noaa.gov/NOAASIS/ml/avhrr.html]], MODIS, Landsat/TM, Ikonos

!パッシブマイクロ波センサー
マイクロ波放射計ともいう。地表の熱放射のうち、波長がとても長いものを見る。
長所: 雲を透過して地上を観測できる。土壌水分や雨などの情報。
短所: 分解能がとても荒い(数10km)。

代表的なパッシブマイクロ波センサー:
[[AMSR|http://www.nasda.go.jp/projects/sat/aqua/index_j.html]], TRMM/TMI, DMSP/SSMI
!アクティブマイクロ波センサー
主に、マイクロ波散乱計と、合成開口レーダーの2種類。

マイクロ波散乱計
長所: 雲を透過して地上を観測できる。土壌水分や雨などの情報。海上風の情報。
短所: 分解能が荒い(数km〜数10km)。
!!!!!代表的なマイクロ波散乱計:
TRMM/PR, SeaWinds

合成開口レーダー(SAR; Synthetic Aperture Radar)
長所: 雲を透過して地上を観測できる。分解能が高い(数10m - 数10cm) 地形測量が可能。微小な地形変位を観測可能。
短所: 地形の影響をうけやすい。判読に熟練を要する。

代表的な合成開口レーダー: JERS1/SAR, ERS/SAR, RADARSAT, SIR-C

!3つの分解能
空間分解能 時間分解能 波長分解能

これらは同時に満たすことはできない(トレード・オフ)。

空間分解能: 軌道高度やアンテナ(開口)の大きさで決まる。空間分解能 = 波長×軌道高度/開口の大きさ

!!!!!問題5: 波長0.5マイクロメートルの可視光で、高度300kmから地表を見るとき、分解能1mを実現するのに必要な開口の大きさは?

!!!!!問題6: 波長10マイクロメートルの熱赤外光で上と同様の条件を満たすのに、必要な開口の大きさは?

注: SARは例外。軌道上の運航とドップラー効果を利用して、仮想的に大きな開口(合成開口)を実現するのがSAR。

!!!!!問題7: JERS1/SAR(軌道高度570km)の分解能(18m)を、同じ波長で、SARでなくて実現するのに必要なアンテナの大きさは?

時間分解能: 軌道高度(周回の周期)や観測視野角で決まる。

波長分解能: センサーの感度などで決まる。
波長を細かくわけると、1バンドあたりの光エネルギーが少くなる。→ 相対的にノイズが増え。

センサーの感度を良くするか、空間分解能を下げて光量をふやすか・・・→トレード・オフ

!バンドとチャンネル
 衛星センサー、特に光学センサーは、いくつかの波長に対して観測する。
たとえばLandsat/ETM+は、可視光から熱赤外線にかけて、8つの波長で観測をする。
そのそれぞれの波長での観測データや観測センサーのことを、「バンド」とか「チャンネル」と呼ぶ。

Landsat/ETM+では、バンド1が青、バンド2が緑、バンド3が赤のそれぞれの色に対応する波長を見ている。「波長」という表現は実はあまり正しくない。あるバンドが見ているのは、ある波長からある波長までの間の全ての波長の電磁波である。そこで、あくまで波長の区間(波長帯)を見ているということを強調するために、「バンド」すなわち「帯」という言葉を使うのである。

!!!!!問題8 MODIS (Terra/MODIS, Aqua/MODIS)はいくつのバンドを持っているか?その中で、可視光の青に該当するバンドは何番目か? ([[ヒント|http://modis.gsfc.nasa.gov/about/specifications.php]])

!衛星の寿命
設計時点では、だいたい5年間。

軌道制御のための燃料が尽きればおしまい。機器の劣化なども寿命の要因。

打ち上げがうまくいけば、設計寿命を超えて稼働することも多い: [[TRMM|http://www.eorc.jaxa.jp/TRMM/index_j.htm]]

ロケットトラブルなどで打ち上げ失敗すれば、寿命はゼロ(即死)。

うまく上がっても、予期せぬトラブルで停止することもある: [[ADEOS|http://www.nasda.go.jp/projects/sat/adeos/index_j.html]] [[ADEOS2|http://sharaku.eorc.jaxa.jp/ADEOS2/index_j.html]]

!!!!!問題9 日本のJERS-1衛星(「ふよう」)は、いつ打ちあがって、いつ運用終了したか?運用終了したJERS-1はどうなったか?([[ヒント|http://www.ersdac.or.jp/Projects/JERS1/JERS_J.html]])