航空機搭載SARの実用化に向けた取り組み

平成２６年１０月２４日
総務省情報通信国際戦略局

技術政策課研究推進室
林 秀郎

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総務省の情報通信分野における主な研究開発スキーム

小型航空機搭載用高分解能合成開口レーダーの研究開発
平成24～26年度

総合科学技術・イノベーション会議① ICT重点技術の研究開発プロジェクト

委託研究
課題指定型

実用化に向け、あらかじめ研究課題、目標等を設定した上で、研究を委託

企業・
大学等

科学技術基本計画
資源配分方針② 競争的研究資金（戦略的情報通信研究開発推進事業（SCOPE））

ＩＴ総合戦略本部
ＩＴ総合戦略

委託研究
課題公募型

研究テーマも含めて公募を行い、研究を委託
共同研究等③ 独立行政法人情報通信研究機構
による研究開発
総務省が示す中期目標に基づく研究開発を、運営費交付金により実施

独立行政法人情報通信研究機構

国が重点的に取り組むべき技術分野 （2014.6総務省情通審答申）
２０３０年の社会的課題を踏まえ、国が重点的に取り組むべき技術開発～ 2020年にショーケースとして先導的デモンストレーション
高齢者も明るく元気に

ICTスマートタウン

災害被害の最小化事故・渋滞ゼロ社会

社会参画支援遠隔/在宅医療・介護等

多様な地域課題の解決
生活支援

気象観測、情報伝達
インフラ管理等

自動運転、歩行者への情報提供等

社会インフラ管理
サービス技術フレンドリーICT
サービス技術フレンドリーICTサービス技術（ﾕｰｻﾞｰｲﾝﾀｰﾌｪｲｽ、3D映像）
多種多様で高度なICTサービスを誰もが親しみを持って簡単に利用できる環境創出を目指したユーザーインターフェイス技術や３Ｄ映像提供技術（クルマ･ネットワーク連携技術）

レジリエンス向上
ICTサービス技術

自動運転支援技術

次世代気象ﾚｰﾀﾞｰ、災害時の情報伝達技術等

ミリ波ﾚｰﾀﾞｰ等車載ｾﾝｻｰや車車・路車・歩車間通信の高度化技術

以心伝心ＩＣＴサービス基盤技術 （ビッグデータ、ロボット、多言語翻訳）
Ｇ空間情報やセンサーから得られる情報、脳情報・生態情報等を組み合わせ、利用者の意図、人種、周囲の環境変化に応じたサービスをロボットやアバター等を通じて提供するための共通基盤を構築するための技術

Ｇ空間高度利活用基盤技術 （G空間情報プラットフォーム、Tokyo 3D Mapping）
様々なICTｻｰﾋﾞｽの基盤としてﾘｱﾙﾀｲﾑに変化する位置情報（G空間情報）を積極活用するためのﾌﾟﾗｯﾄﾌｫｰﾑ技術の高度化を進めるとともに、東京をｼｮｰｹｰｽとして、G空間情報を積極活用した先進ICTｻｰﾋﾞｽを実現するための地図基盤を構築

いつでもどこでも誰でも快適ネットワーク技術 （超広帯域光ネットワーク、光・無線統合アクセスネットワーク）
あらゆる場所から得られる膨大なセンサー情報を確実に収集し、高品質映像(4K/8K)や様々なICTｻｰﾋﾞｽを全国のすべての人に安価に届けることが可能な低消費電力な超広帯域光バックボーン及び光・無線融合ｱｸｾｽﾈｯﾄﾜｰｸを構築するための技術

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小型航空機搭載用高分解能合成開口レーダーの研究開発【事業の概要】現在の航空機搭載合成開口レーダー（Pi-SAR2）と同等の性能（分解能30cm）を有しつつ、セスナやヘリ等の小型航空機にも搭載可能な小型・可搬型航空機搭載用合成開口レーダーを実現するため、航空機搭載合成開口レーダーの小型化に向けたシステム最適化技術や航空軌道動揺補正技術等の研究開発を行う。

航空機搭載合成開口レーダー（Pi-SAR2）【特長】
・世界最高の水平分解能（30cm）
・天候、昼夜関係なく、随時臨機の機動的観測が可能であり、災害発生時の被災状況把握に有用【課題】
・機材が比較的大きく、安定した航空軌道が必要なことから、ビジネスジェットクラスの航空機搭載が前提

Pi-SAR2搭載機

小型Pi-SAR2搭載機

ガルフストリームⅡ型
全長：24.36m

セスナ208B型
全長：12.67m

より多くの航空機でより柔軟に利用可能となるよう、一刻も早く実用化を進めることが不可欠

アンテナ

処理自動化

現在

信号処理装置

出典：NHKニュース

レーダー波

機器の小型化に向けたシステム最適化技術

航空軌道動揺補正技術

アンテナの変更を含めたより搭載性の高い
機材設計の見直し

動揺によるSAR画像の劣化を補正

小型・可搬型Pi-SAR2の実現

データ処理

観測運用マンマシンインタフェース技術
観測計画自動設定、観測自動化、二次元画像の地図上でのリアルタイム生成等を行い、機内での操作性の向上等を図る

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研究課題及び実施体制

情報通信技術の研究開発の評価に関する会合（外部専門家による研究開発目標の妥当性や実施可能性、目標の達成度合等の評価）

小型航空機搭載用高分解能合成開口レーダーの研究開発

受託機関：日本電気（株）
ア）機器の小型化に向けたシステム最適化技術

イ) 航空軌道動揺補正技術

各種指導(事業の実施に当たり、研究開発の方針やプロジェクト管理などについて助言)

研究開発運営委員会
＜委員＞
◎福地 一
木村 宏
桐本 哲郎
浦塚 清峰

：首都大学東京 教授（委員長）：岐阜大学 教授
：電気通信大学 教授：（独）情報通信研究機構 統括

小型航空機の所有者（関係省庁、民間企業）も参加

ウ）観測運用マンマシンインタフェース技術

研究開発内容（技術課題と到達目標）
技術課題

機器の小型化に向けたシステム最適化技術

航空軌道
動揺補正技術観測運用マン
マシンインタフェース技術・方式の変更も含めたより搭載性の高いアンテナの開発
・信号処理部の機器の小型化、軽量化、省電力化

・信号の送受信に悪影響を与えるアンテナの振動を抑制するための制震機構の開発

・観測データを短時間で補正可能な信号処理アルゴリズムの開発・レーダー送受信に係る各種パラメータの調整を半自動化し、専門の知識のない者でも最低限の操作で同等の観測を実施できる技術の開発
・ＳＡＲ画像の生成のための機上一次処理技術の開発

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到達目標
・現在のPi-SAR2と同程度の性能を維持しつつ、現在の20％程度までの小型軽量化、現在の50％程度までの省電力化を実現。
・航空機に応じて柔軟に最適化できるシステム構造を有しつつ、高速デジタル変復調機能、小型アンテナ多偏波機能、送信電力可変機能、高速信号処理を容易に実現可能な方式を確立。
・制振機構とジンバルの組み合わせにより、各種航空機の振動動揺特性に対応できる空間安定技術を確立。
・現在の信号処理アルゴリズムを大幅に効率化するとともに、各SARモードにおいて、アンテナに実装した姿勢センサのデータを基にした高精度補正が可能な2次元画像処理技術を確立。
・上記技術の組み合わせによる高精度動揺補正技術（0.01°精度程度）を確立。
・GUI等の技術を用いて、地図上の観測エリアを指定するだけで、短時間（概ね30分以内）で各種航空機（高度、速度）／観測対象に応じた観測計画を自動設定し、取得データ管理の高速・自動化やSAR観測・機器操作の簡易自動化を可能とする技術を確立。
・GPU等の高速プロセッサを用いて、干渉波処理等の1次処理や高精度動揺補正を行った高品質画像の連続処理、特定対象の地図上での位置情報の表示等を可能とするリアルタイム処理技術を確立。

機器の小型化に向けたシステム最適化技術
Pi-SAR2と同じ方式（オフセットビデオ方式、パルスレーダー方式）による高画質と高機能（ポラリメトリ・インターフェロメトリ・移動体検出の同時観測、ISAR機能）の実現○信号発生処理方式○送受信方式

I/Q方式

オフセットビデオ方式

Pi-SAR1等従来
SARで多く使用

高画質化のためにPiSAR2で採用

I/Q信号の合成・分離方法○アナログで行う
ため、誤差が生じる◎デジタルで行うため、誤差が生じない

画像品質○オフセットビデオ方式よりも劣る◎

採用状況

FMCWレーダー方式

パルスレーダー方式

採用状況

小型SARで多く使用

Pi-SAR2で採用

小型化◎高出力増幅器が不要で、 △高出力増幅器が必要
小型化省電力化が容易

観測機能○ポラリメトリ機能の実現は困難◎インターフェロメトリ、ポラリメトリ機能の実現が容易

画像品質△送受信の干渉や機器の特性補正が困難◎送受信の干渉が発生しな
い、機器の特性補正が容易

機材の小型化により様々な小型航空機等に対応可能
ユニット化による可搬性、機密性等が向上○質量20%程度（120kg以下：アンテナ2式の場合）、体積20%程度（0.27㎥以下）、電力50%程度（2.5kW以下）○RF回路、制御回路、電源、記録装置等、各部のユニット化により可搬性、機密性、メンテナンス性等を向上。

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航空軌道動揺補正技術
高い周波数と大きい振幅の振動・動揺を制振機構で補正し、残分を画像補正でリアルタイム補正する二段階補正技術の実現
振動・動揺の大きさ

機体の動揺・振動高い周波数の振動・動揺の補正

制振機構
振動・動揺の大きさ

アンテナの動揺・振動

低い周波数の振動・動揺の補正

補正ソフト
補正後データの仮想的に抑制された動揺・振動

補正後の見かけ上の軌跡データの補正○各種小型航空機に搭載可能○±4°/sec程度の機体動揺下でアンテナ姿勢変動を±0.3°以下に抑制

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観測運用マンマシンインタフェース技術8

専門知識のない者でも高精度観測を可能とする自動観測機能の実現
機上でのリアルタイム処理機能（連続画像処理、地図重畳処理、高次解析処理（一部））の実現
生データ(取得しながら処理)

本技術による航空機SAR観測の流れ観測前

GUI上で観測対象を指定し、航空機と観測対象に応じて観測計画を短時間（30 分以内）で設定可能

003001002

要求エリアを指定す
ると、観測位置・方向を自動設
定

計画経路

観測中

順次継ぎ足し処理(自動)連続処理技術処理画像(帯画像)
画像表示が流れて行く 機上画面

リアルタイム連続表示

地図重畳表示技術

実際の飛行経路

観測開始・終了を自動制御
飛行経路が計画経路と正確に一致しなくても観測可能
SAR画像と地図の重畳／切替表示

観測後

観測位置表示観測IDxxxxx
観測中心緯度経度 ・・・・・・
観測時刻

・・・・・・

観測モード

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

観測のサマリや、観測のためのデータ取得の成否を表示

高品質画像
リアルタイム処理技術

リアルタイム処理

高品質・干渉波ノイズ除去
・動揺補正

フライト実証計画

9月
小型固定翼機（ビーチ200T）

第1回
フライト

10月
第２回
フライト

11月

912月

第３回
フライト

ヘリ（BK117）

第１回フライト ：航空局検査、落成検査、システム確認試験
第２回フライト ：性能評価試験
第３～４回フライト：利用目的別評価試験

1月

2月

第４回
フライト

第1回
フライト

第２回
フライト

第３回
フライト

利用目的別検証項目

10小型固定翼機（ビーチ200T）への実装

機体：ビーチ200T
運用高度：約3000～約6000m

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小型航空機搭載高分解能合成開口レーダ撮像画像 仙台空港周辺

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赤: HH、緑:HV、青:VV

撮影日：2014年9月2日
分解能：0.3m
画像サイズ：2km×2km※HH:水平偏波送信水平偏波受信
HV:水平偏波送信垂直偏波受信
VV:垂直偏波送信垂直偏波受信小型航空機搭載高分解能合成開口レーダ撮像画像 東京都日野市465

赤: HH、緑:HV、青:VV

撮影日：2014年9月3日
分解能：0.3m、画像サイズ：2km×2km13