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リモートセンシング

イントロダクション

 リモートセンシング、この言葉がよく聞かれるようになったのは、いろいろな電磁波を利用して人工衛星により地球を観測するようになってからです。
現在では、気象衛星(ひまわり)、地球観測衛星(LANDSATシリーズ)、地球資源衛星(JERS-1)等のように宇宙からのリモートセンシングにより、地球規模での非常に貴重なデータを取得できるようになりました。
人工衛星によるリモートセンシングでは、日常生活に欠かせない気象情報をはじめ、地球観測、資源探査、地質や土地利用の調査、植生、海洋、環境観測の目的で、多くのセンサが活躍しています。
センサは大別すると、地上、海洋、大気等から反射や放射される可視光線、赤外線、マイクロ波等を利用する受動センサとレーダのように対象物へ電磁波を照射して測定する能動センサがあり、これらのセンサの性能も著しく向上し続けています。

美しい地球を見つめる科学の目

光学センサ

 光学センサ、特に観測する対象物からの光により情報を得る受動型センサはカメラと同様、基本的に目(肉眼)と同じような構造と機能を持っています。
  すなわちレンズなどの光学系(水晶体)が対象物からの光を集め、検出系(網膜)の上に結像して、スペクトルや空間的な情報(色や形)を得るものです。
特にスペクトル(色)については、目が可視光線だけをとらえるのに対して、光学センサでは可視光線から赤外線までの波長域の広い範囲にわたって検知でき、これにより、目では判読することのできない鉱物・岩石や植生の識別、地表面の温度、土地の利用状況、海や湖沼の水資源やプランクトン資源など、数多くの有益な情報を得ることができます。しかもそれらを広い範囲にわたる二次元像として得ることも可能です。
このように、光学センサで得られる情報としては、空間的な二次元情報とスペクトル情報の合わせて三次元が基本的なものですが、目において2つの目で対象物を異なる角度から見ることにより立体的な情報を得ているのと同様に、光学線センサでも異なる角度から見た情報を合成して、空間的な三次元情報を得ているものもあります。
光学センサの重要な性能の1つに、どれだけ細かく対象物を見られるかを表わす分解能がありますが、近年では数メートルから1メートル程度のものまで計画されており、これらも研究開発が進んでいます。

合成開口レーダ

 合成開口レーダは、マイクロ波の能動型センサで、衛星等の飛翔体の進行につれて取得したデータを後から合成することにより、観測対象から遠く離れた衛星上からでも比較的小さなアンテナで高分解能な画像を得ることを可能とした画像レーダです。
地形の抽出を最も得意な分野とし、地形を媒介とした地質構造の解明、岩石分類、植生情報の取得等に対しても有効で、源探査、環境監視等のためのリモートセンサとして利用されています。
また、マイクロ波能動型センサの特徴が天候に左右されず、また夜でも観測ができることから、雲が多い熱帯雨林等の地球の観測に威力を発揮しています。
さらに光学センサとは観測波長、データ取得メカニズム等が大きく異なることから、光学センサでは得られない情報取得、例えば植生、砂地の下の情報取得や、光学センサデータとの相補的な使用による単独センサでは得られない情報抽出等にも期待がもたれています。
近年、リモートセンサとしての合成開口レーダに対して、情報抽出能力の向上を目指して、可変オフナディア角、多偏波、多周波数高分解能化等の多機能化・高性能化の研究が進められており、最近ではインタフェロメトリを利用した高さ情報の抽出も注目されています。

温室効果気体センサ

 地球環境問題は、地球温暖化、オゾン層の破壊、酸性雨など人類が直面している深刻な問題です。
こうした問題を解明し、有効な対策を考えるためにはまず大気に含まれる原因物質の観測、データ収集が肝要です。
温室効果気体センサ(IMG: Interferometric Monitor for Greenhouse Gases)は、人工衛星から大気を観測し、地球温暖化の原因と考えられている大気中の二酸化炭素、メタン、オゾンなどの微量物質の垂直・水平分布や温度に関するデータを地球規模で収集します。

 大気の観測に適した方法の1つがIMGに採用しているマイケルソン・フーリエ分光法です。IMGは、マイケルソン干渉計の一方の反射鏡を移動させることにより生じるインタフェログラムという入射光の干渉パターンを測定します。
このインタフェログラムを逆フーリエ変換することにより入射光のスペクトル(周波数一振幅特性)を求めることができます。
このスペクトルをデータ処理することにより各温室効果気体の濃度の垂直・水平分布、温度などがわかります。

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