(57)【要約】【課題】地球を周回する衛星のセンサから得られたデータに基づいて、地球の温暖化、オゾン層破壊、異常気象の発生等の全地球規模で起こっている環境問題の解決が図れる地球環境の観測衛星を提供する。【解決手段】地軸を芯にして自転する地球の赤道上に位置された衛星の軌道運動方向は、地球の自転方向と逆向きの赤道軌道に設定される。このために、地球の同一箇所を複数回に亘って走査できる領域ａが生じ、順次に領域ｂ、ｃ、ｄ・・・と断続的に得られる地表からの光反射成分を積算処理して次の走査領域に移行することによって地球の全域データを南北方向の角度αに亘って検出する。【選択図】図１
2005043245.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地表からの光反射成分を、地球を周回した状態で検出するセンサが搭載された地球環境の観測衛星において、
前記周回の軌道が前記地球の自転方向と逆向きの赤道軌道に設定され、１日当たりに前記地球の同一箇所を複数回に亘って周回するように構成すると共に、断続的に得られる地表からの光反射成分を積算処理して前記地球の全域データを生成して記録するように構成することを特徴とする地球環境の観測衛星。
【請求項２】
前記センサは、地表の植生状況を検出するバイオマス検出手段で構成することを特徴とする請求項１に記載の地球環境の観測衛星。
【請求項３】
前記バイオマス検出手段は、前記地表からの光反射成分を所定の検出角度範囲に亘って走査して検出するための回転走査鏡と、該回転走査鏡の射出側に配設される検出器を含んで構成することを特徴とする請求項２に記載の地球環境の観測衛星。
【請求項４】
前記バイオマス検出手段は、前記地表の植生の高さ情報を検出して該植生の体積を求めるための高度計を含んで構成することを特徴とする請求項２に記載の地球環境の観測衛星。
【請求項５】
前記バイオマス検出手段は、前記回転走査鏡と前記検出器の光路中に介在された集光光学系を含んで構成することを特徴とする請求項３に記載の地球環境の観測衛星。
【請求項６】
前記集光光学系は、反射光学系で構成することを特徴とする請求項５に記載の地球環境の観測衛星。
【請求項７】
前記集光光学系は、屈折光学系で構成することを特徴とする請求項５に記載の地球環境の観測衛星。
【請求項８】
前記集光光学系は、反射屈折光学系で構成することを特徴とする請求項５に記載の地球環境の観測衛星。
【請求項９】
前記検出器は、それぞれが複数の分光帯域を有して配置された複数検出器で構成することを特徴とする請求項３に記載の地球環境の観測衛星。
【請求項１０】
前記複数検出器のそれぞれは、光入射部位の前方に複数の分光帯域を有して配置された分光フィルタを介在させて構成することを特徴とする請求項９に記載の地球環境の観測衛星。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地表の環境状況を、センサが搭載された人口衛星を用いて地球を周回した状態で検出する地球環境の観測衛星の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
地球の周りの赤道軌道に観測衛星を周回させ、地上から遠く離れた地点から地表の環境をセンサで観測する場合には、低高度（数百ｋｍ程度）で赤道軌道を周回している例が多い。
【０００３】
その周回軌道は、特定域の観測を行う回帰軌道と全球を一定期間繰り返し観測できる準回帰軌道に分けることができ、地球全域を観測するためには準回帰軌道をとるが、観測衛星が地球全域の観測を終えて１回分のデータを取るには長期間の日数を必要としている。例えば現在稼働中の観測衛星ＭＯＳ（もも）の場合には１７日周期で元の軌道に戻るために当該の１７日が必要とされるのである。
【０００４】
このような期間を短縮できる観測衛星が［特許文献１］に開示されている。即ち、赤道上空で地球自転方向と逆方向の軌道上に観測衛星を打上げて地球の周りを周回させることによって地表の広域のデータを１日に１回以上の周期で取得することができる。
【０００５】
この観測衛星は、該観測衛星から地球に向かって発せられたレーザビームを地上の受信局で受け、受信局の側で適宜の信号処理を行うことによって地形もしくは海面の映像を得ることができるものである。
【０００６】
【特許文献１】特開昭６０−１８７８７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
［特許文献１］に開示されている観測衛星は、地表の広域のデータを１日に１回以上の周期で取得することができるという優れた面があるものの、地球に向かって発せられたレーザビームを地上の受信局で受けることによって地形や海面等の映像を得ているので、受信局の設置されている位置や数による制限を受けてしまうという難点がある。
【０００８】
これらの制限を受けること無く、地球温暖化、オゾン層破壊、異常気象の発生等の全地球規模で起こっている環境問題の解決に貢献することができる地球環境の観測衛星の出現が熱望されている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明による地球環境の観測衛星は、次に記載するような特徴的な構成を採用している。
【００１０】
（１）地表からの光反射成分を、地球を周回した状態で検出するセンサが搭載された地球環境の観測衛星において、
前記周回の軌道が前記地球の自転方向と逆向きの赤道軌道に設定され、１日当たりに前記地球の同一箇所を複数回に亘って周回するように構成すると共に、断続的に得られる地表からの光反射成分を積算処理して前記地球の全域データを生成して記録するように構成する地球環境の観測衛星。
【００１１】
（２）前記センサは、地表の植生状況を検出するバイオマス検出手段で構成する上記（１）に記載の地球環境の観測衛星。
【００１２】
（３）前記バイオマス検出手段は、前記地表からの光反射成分を所定の検出角度範囲に亘って走査して検出するための回転走査鏡と、該回転走査鏡の射出側に配設される検出器を含んで構成する上記（２）に記載の地球環境の観測衛星。
【００１３】
（４）前記バイオマス検出手段は、前記地表の植生の高さ情報を検出して該植生の体積を求めるための高度計を含んで構成する上記（２）に記載の地球環境の観測衛星。
【００１４】
（５）前記バイオマス検出手段は、前記回転走査鏡と前記検出器の光路中に介在された集光光学系を含んで構成する上記（３）に記載の地球環境の観測衛星。
【００１５】
（６）前記集光光学系は、反射光学系で構成する上記（５）に記載の地球環境の観測衛星。
【００１６】
（７）前記  前記集光光学系は、屈折光学系で構成する上記（５）に記載の地球環境の観測衛星。
【００１７】
（８）前記集光光学系は、反射屈折光学系で構成する上記（５）に記載の地球環境の観測衛星。
【００１８】
（９）前記検出器は、それぞれが複数の分光帯域を有して配置された複数検出器で構成する上記（３）に記載の地球環境の観測衛星。
【００１９】
（１０）前記複数検出器のそれぞれは、光入射部位の前方に複数の分光帯域を有して配置された分光フィルタを介在させて構成する上記（９）に記載の地球環境の観測衛星。
【発明の効果】
【００２０】
本発明による地球環境の観測衛星は、１日当たり数回に亘って同一箇所の観測を行うことができるので、例えば午前中に雲が多く発生してバイオマス観測が出来なかった場合であっても午後に晴れていれば正規の観測を行うことができるので、雲による観測不可能という事態の発生確率が極めて低くなり、全地球規模の状態観測が確実にでき、観測衛星の側で積算処理を行っているので、従来のように地上の受信局の位置に基づく問題が解消され、容易に高精度な観測を行うことができる。
【００２１】
また、１日当たり数回に亘って同一箇所の観測を行うことができるので、その積算の回数をｎとすると、Ｓ／Ｎ比は√ｎ倍も向上する。植生の量の変化は一般に緩やかなので、月に１回程度観測できれば良く、従来の準回帰軌道は例えばＭＯＳ（もも）の場合には周期が１７日なので１か月間の積算で約√２倍となるが、本発明の地球環境の観測衛星の場合には周期が６時間なのでは約√１２０倍となり、Ｓ／Ｎ比を大幅に向上することができる。
【００２２】
従って、地球温暖化、オゾン層破壊、異常気象の発生等の全地球規模で起こっている環境問題の解決に貢献することができる地球環境の観測衛星を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明による地球環境の観測衛星は、センサを用いて地表の植生等からの光反射特性の検出が、１日に複数回に亘って行えるので、そのデータを解析することによって、地球環境、例えば植生の種類、面積、生育状況、活性度等の情報を得ることができる。
【００２４】
また、センサから得られたデータに基づいて、例えば植生の生育量データに基づいて、炭酸ガスの吸収量を推定することができ、地球の温暖化、オゾン層破壊、異常気象の発生等の全地球規模で起こっている環境問題の解決が図れる。
【実施例１】
【００２５】
図１は、本発明の実施例における要旨を概念的に示す斜視図であり、地軸を芯にして自転する地球の赤道上に位置された衛星の軌道運動方向は、地球の自転方向と逆向きの赤道軌道に設定され、１日当たりに前記地球の同一箇所を複数回に亘って周回するように構成されるので、衛星の高さが約１４，０００ｋｍの場合には帯状の走査領域ａが複数回、例えば図２に示す経過時間と経度の特性図のように、１日に４回に亘って走査されることになり、より確実にバイオマスデータを採取することができ、断続的に得られる地表からの光反射成分を積算処理して次の走査領域ｂ、ｃ、ｄ・・に移行することによって地球の全域データを南北方向の角度αに亘って生成して記録するように構成される。
【００２６】
その具体構成は、図３に示すブロック回路図のように、回転走査鏡１、集光光学系２、分光フィルタ３及び検出器４の光学系経路でその要部が構成され、この要部の機構が図４に示されている。
【００２７】
図において、回転走査鏡１は、回転走査駆動回路１２によって適正に駆動制御される回転走査機構１１の有する回転駆動軸１１ａに連結され、即ち、平面鏡の裏面の中央部に回転駆動軸１１ａが４５度の角度傾斜を有して固定して構成され、回転駆動軸１１ａが回転されることによって地球から発せられる反射光成分の入射光束の取り込みを、地球の南北方向に向かって走査することができる。
【００２８】
回転走査鏡１による地球の南北方向への走査角度範囲α（図１に示す符号α）は、衛星高度が約１４，０００ｋｍであった場合には、衛星から見た走査角度範囲が±約２０度であり、この範囲の地上のバイオマスのデータを採取できるものとなっている。
【００２９】
この走査角度範囲αにおける地球の東西方向の検出角度範囲は、図１に示す走査領域ａ〜ｄ・・・において互いに隣接する走査領域において僅かにオーバーラップするように設定され、検出の後程に行なわれる積算処理によって地球地図に合致するように整列処理が行われる。
【００３０】
回転走査鏡１の射出側には集光光学系２と分光フィルタ３と検出器４が順に配置され、集光光学系２は、凹面鏡でなる第１反射鏡２１とその前方に配置された折り返し用の第２反射鏡２３で構成され、第１反射鏡２１の中心に第２反射鏡２３で折り返された光束を通過させるための開口２２が穿設されている。
【００３１】
集光光学系２の射出側（第１反射鏡２１の後方）の光軸上に分光フィルタ３が配置され、該分光フィルタ３は、それぞれが複数の反射帯域を有して順に配置された第１〜第３分光フィルタ３１〜３３を有し、それぞれの反射部位に第１〜第３検出器４１〜４３が配置され、更に第３分光フィルタ３３の後方に第４検出器４４が配置されている。
【００３２】
これらの検出器４は、ＣＣＤ形式の光電変換素子、ＨｇＣｄＴｅ形式の光電変換素子等々で構成され、第１〜第４検出器４１〜４４は、第１〜第３分光フィルタ３１〜３３と組み合わせて用いられるもので、植生状況に基づく帯域に設定され、例えば、図５に示すような地表の植生による太陽光の分光反射特性例に対応付けられている。
【００３３】
図５に示す特性図の横軸は波長（μｍ）を表わし、縦軸は光反射量（％）を表わし、破線で示す特性はカエデであり、１点鎖線で示す特性はウシノケ草であり、２点鎖線で示す特性はナラであり、実線で示す特性はトウヒであり、このような可視、赤外の波長領域において特徴的な吸収帯域を有している特性に合わせて分光フィルタ３の反射帯域が設定されている。
【００３４】
第１分光フィルタ３１は、第１の反射特性帯域を有するハーフミラーで構成され、該第１分光フィルタ３１によって反射された光束成分が第１検出器４１で検出され、第２分光フィルタ３２は、前記第１の反射特性帯域と異なる範囲の反射帯域を有するハーフミラーで構成され、該第２分光フィルタ３２によって反射された光束成分が第２検出器４２で検出され、同様に第３分光フィルタ３３は、前記第１及び第２の反射特性帯域の両方と異なる範囲の反射帯域を有するハーフミラーで構成され、該第３分光フィルタ３３によって反射された光束成分が第３検出器４３で検出される。
【００３５】
第４検出器４４は、第１〜第３分光フィルタ３１〜３３のそれぞれの反射特性帯域を含まない領域の光信号を受光するように構成されている。
【００３６】
なお、集光光学系２は、反射光学系で構成されているが、光学レンズで形成される屈折光学系で構成したり、反射光学系と屈折光学系を組み合わせた、例えば第１反射鏡２１と第２反射鏡２３の光路中にレンズを介挿して集光光学系２の全長を短縮化した反射屈折光学系で構成しても良い。
【００３７】
検出器４に接続されるアナログ信号処理回路５は、受光光束の特徴的な波長を抽出、バンド分割を行う検出器４で光電変換された電気信号を増幅した後にＡ／Ｄ変換した信号を次段のデジタル信号処理回路６に出力するように構成され、このデジタル信号を受けるデジタル信号処理回路６は、デジタル信号の演算を行い、植生の有無、種類の識別、活性度等の情報を取得するもので、取得された情報は記録回路７に記録される。
【００３８】
これらの信号処理は、衛星が地球の周りを周回する際に１日当たり同一地点の上空を４回通過するため、必要とされる植生の観測時間の間に積算処理が行われたり、断続的なバイオマスデータを地球地図上でデータ並び替え等の整列処理も合わせて行なわれる。
【００３９】
また、温度制御回路９は、センサ各部の温度を検出し、その結果に基づいて温度制御を行なうもので、電源回路１０は、回路各部に電源供給を行なうものである。校正用黒体８は、ハロゲンランプ、黒体等で構成され、検出器４の校正用の基準光源である。
【００４０】
従って、地軸を芯にして自転する地球の赤道上に位置された地球環境の観測衛星は、地球の自転方向と逆向きの赤道軌道に設定されているので、１日当たりに前記地球の同一箇所を複数回に亘って周回され、その周回に伴って回転走査鏡１を回転させることによって地球の東西方向に所定の検出範囲を有する帯状の検出が地球の南北方向に行われ、衛星の高さが約１４，０００ｋｍの場合には帯状の走査が、１日に４回に亘って行われることになり、回転走査鏡１に入射される、地球からの反射光成分（赤外域と可視光域）が検出器４（第１〜第４検出器４１）によって検出され、その出力がアナログ信号処理回路５によって増幅された後にＡ／Ｄ変換され、次段のデジタル信号処理回路６によって植生の有無、種類の識別、活性度等の情報を取得し、断続的なデータを地球地図上でデータ並び替え等の整列処理も合わせて行なわれて記録回路７に記録され、この記録回路７の出力が適宜のタイミングで地球上に設置されたデータ受信局に送信され、地球の全域データを得ることができる。
【００４１】
また、本実施例では、光学センサであるため雲等が大気中にある場合は観測ができないのであるが、現在稼働中の衛星ＭＯＳ（もも）の場合には、同一点の観測が月に２回しか測定できないため観測できない可能性が高い。これに比べ、本実施例の地球環境の観測衛星では、１日に４回の観測ができるので、月に１２０回も観測できるため、雲によって観測不能状態に陥る確率を実質的に解消することができる。
【００４２】
なお、本発明による地球環境の観測衛星は、前述の実施例に限定されること無く、その本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形実施をすることができることは勿論である。
【００４３】
例えば、本実施例では、断続的なデータを地球地図上でデータ並び替え等の整列処理は、デジタル信号処理回路６で行なっているが、地球上に設置されたデータ受信局で行なうようにしても良く、このようにすることによって地球環境の観測衛星の側の構成を簡略化することができ、衛星そのものの信頼性をより向上させることができる。
【００４４】
地球を周回する地球環境の観測衛星の高度は、１４，０００ｋｍに限定されること無く、これ以上であっても以下であっても良く、衛星の全重量や寿命設定の大小に応じて適宜に設定を変更することができる。
【００４５】
地球環境の観測衛星にライダ等の高度計を搭載し、植生の高さ情報を検出し、植生の体積を求めるように構成としてもよい。
【００４６】
本実施例では可視光、赤外の波長領域を検出する例を示したが、植生が特徴的な分光特性を示す波長帯であれば可視、赤外に限定すること無く、紫外線領域まで拡大した検出を行なうようにしても良い。
【００４７】
バイオマスセンサと同一の構成で雲等の気象画像を取得し、いわゆる気象衛星として用いても良く、気象画像の取得とバイオマスの観測を同時に行なうように構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の一実施例による地球環境の観測衛星を概念的に説明するための構成図である。
【図２】図１中に示される地球環境の観測衛星の1日の経度変化の一例を表わす特性図である。
【図３】図１中に示される地球環境の観測衛星のデータ検出部分の構成を示すブロック回路図である。
【図４】図３中に示されるセンサ光学部分の概略構成図である。
【図５】地球表面の植生による太陽光の分光反射特性の一例を示す特性図である。
【符号の説明】
【００４９】
１    回転走査鏡
１０    電源回路
１１    回転走査機構
１１ａ  回転駆動軸
１２    回転走査駆動回路
２    集光光学系
２１    第１反射鏡
２２    開口
２３    第２反射鏡
３    分光フィルタ
３１    第１分光フィルタ
３２    第２分光フィルタ
３３    第３分光フィルタ
４    検出器
４１    第１検出器
４２    第２検出器
４３    第３検出器
４４    第４検出器
５    アナログ信号処理回路
６    デジタル信号処理回路
７    記録回路
８    校正用黒体
９    温度制御回路
１０    電源回路
【図１】
2005043245.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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