NEWS RELEASE
2017 年 12 月 26 日

ウェザーニ ューズ、独自の気 象・海象観測衛星「WNISAT-1R」が日本で 初めて GNSS -R のデータ 取得に成功！
株 式 会 社 ウ ェ ザ ー ニ ュ ー ズ（ 本 社：千 葉 市 美 浜 区 、代 表 取 締 役 社 長：草 開 千 仁 ）は 、株 式 会 社
ア ク セ ル ス ペ ー ス（ 本 社：東 京 都 中 央 区 、代 表 取 締 役：中 村 友 哉 ）と 共 同 で 開 発 し た 独 自 の 超 小型 衛 星 「 WNISAT-1R」 が GNSS-R の デ ー タ 取 得 に 成 功 し た こ と を 発 表 し ま し た 。 こ れ は イ ギ リ スの SSTL、 ア メ リ カ の NASA に 続 く 世 界 3 番 目 の 事 例 で 、 日 本 で は 初 め て の 成 功 事 例 に な り ま す 。
地 表 面 で 反 射 し た GPS 衛 星 の 反 射 波 を 用 い る こ と で 、光 学 カ メ ラ で は 観 測 で き な い 夜 間 や 曇 天 時
で も 地 球 表 面 の 状 態 を 捉 え る こ と が 可 能 に な り 、光 学 カ メ ラ と 併 用 す る こ と で 新 た な 監 視 の 目 にな り 得 ま す 。 現 在 、 30 機 を 超 え る GPS 衛 星 が 地 球 を 周 回 し て お り 、 当 社 は こ の 反 射 波 を 活 用 することで、観測データが少ない海上の波や風、海氷の新たな観測に挑戦していきます。
◆ GPS 反 射 波 の 受 信 成 功GNSS-R（Global Navigation Satellite System - Reflectometry）は、地球表面で反射した GPS 衛星に代表される測位衛星（GNSS 衛星）の電波を受信し、解析することで地球表面の状態を観測する方法です（図 1）。GPS 衛星からの電波を利用するため、自ら電波を発する必要がなく、大きな電源を持たない小型衛星に向いています。加えて、雲の有無や明暗に左右されずに観測できることや、複数の GPS 衛星からの電波を用いることで広域のデータを取得できるなどのメリットがあります。当社は、雲や昼夜に左右されない新たな気象・海象観測に挑戦するため、反射波の受信アンテナを実験的に「WNISAT-1R」に搭載しました（参考 1）。その後、「WNISAT-1R」の打ち上げに成功し、今回「WNISAT-1R」の受信波からGNSS-R の特徴である Delay Doppler Map（DDM）を生成し、GNSS-R のデータ取得成功を確認しました。

図 1：GNSS-R の概念図

3210-1-2-3050100150200250◆ 「 WNISAT-1R」 が 受 信 し た DDM 概 要Reflected Signal RHCP
3DDM は、横軸にGPS 反射波を受信するまでにかかった時間、縦軸にドップラーシフト周波数（*）を用21いて描画したグラフで、地球表面の状態を推測するために用いられます。受信時間とドップラーシフト
0-1
周波数の広がりが大きくなるほど、地球表面の状態は“粗い”と推測できます。反射点が海面であれば、-2-3海面の乱れがわかるほか、風の強さと波の相関関係から、海上の風も推測することができます。
050100150200250

GPS 反射波は、鏡のように平らな表面で鏡面反射をした場合、最短時間で「WNISAT-1R」に届きます。

ɧʠʝʂࠬࣿఉɿʱ˜˰ʫ˺ɻ१ढ़ɫɳդߐଯɾGPS ࣿ‫˱˞˳( ܃‬ʲࣿ‫ )܃‬ʦๆɘɺƅΛ৷⽭
表面が乱れているほど乱反射する割合が多くなり、受信時間が遅くなる電波が増加します。
したがって、遅い電波が混ざって横軸の受信時間に幅が出るほど、表面は乱れた状態であると考えられます。
ːˊ˞˰Ɵ‫׸‬ԝɻ৷ԟࡽ๲ʦ۱ɾɷɺƅෳଯʂGPS Ͽॠɟʝʂࣿ‫܃‬ʦ٪ɸɥʟƆ
また、「WNISAT-1R」は常に動いているため、反射点と受信点で周波数が変化します（ドップラーシフト）。このドップラーシフトが生じることで、「WNISAT-1R」の進行方向前方で反射した場合は周波数がDDM高く、後方で反射した場合は周波数が低いという違いが生まれます（参考 2）。このため、鏡面反射時よDDM(DelayDoppler Map) ʃΛ৷⽭ ːˊˊ˞˰Ɵ‫׸‬ԝʂ৷ԟખʦ˞˴ˊˏɫɳयɻƅઘ֊಺෣
りも縦軸の周波数に広がりが見られる場合、表面が乱れていると推測できます。
ʂࣨੁʦ಺ɫɺɘʟƆ෵໱ƅϿॠʂΛટԟ‫ؙ‬ɻ౞ࠄɭʟ୅ɠϿॠɟʝ‫פ‬ɘɼɡʖɖʠʄРɘɼɡʖ
図 2 は、位置が異なる 2 機の衛星 A/B からの反射波の受信に要した時間とドップラーシフト周波ɖʟƆɧʠʝʂΛટԟ‫ؙ‬ʦ۪຋ɫɳࣘɻ
DDM GPSʦ٪ʟɼ಺෣ʂࣨੁʦຳवɭʟɧɼɠɻɡʟƆҍ
数を用いて生成した DDM です。A を見ると、受信時間や周波数に広がりがなくコンパクトであることから、෣ʂࣟ‫܄‬ƅ಺෣ʂ৓ɩʃఉʂࣨੁɻ‫ى‬ʒʟƆʒɳƅఉʃ೴ɿʜɷɺՔɧɩʠʟɧɼɟʝƅ೴ɼ಺෣A の反射点の表面は比較的穏やかであると推測されます。
では両方に広がりが見られることから、
৓ɩʦٌʇ೒ɥʟɧɼɠɻɡʟƆयʃ
2017 ௰ 8 ُ 17 一方、
௟ɿ BWNISAT-1R
ɻԘਗɩʠɳ DDM ʂ
海面が乱れていると考えられます。図 3 は、B の GPS 衛星の位置と反射の強さをマッピングした図です。

ຶɻɖʟƆ

A

B

2017/8/17 12:08:53 PRN : 7DopplerDoppler

2017/8/17 12:08:53 PRN : 80 kHz0 kHz

121224240

102030 chip

010

Delay

2030 chipDelay

図 2：8 月 17 日、位置が異なる 2 機の GPS 衛星 A/B の反射波をもとに生成した Delay Doppler MapʒɳƅɧʂߗʂWNISAT-1R ɼ GPS ϿॠʂΛટƅ౞ࠄֲ୞ƅ୾Λ৷ƅ୾ːˊ˞˰ƟʃΙчʂय
縦軸はドップラーシフト周波数、横軸は受信時間の遅れを示す。

ʂʜɚɿɾɷɺɘʟƆ＊ ドップラーシフト周波数：ドップラーシフト周波数は、ドップラー効果による電波の周波数の変化量です。ドップラー効果とは、電波や光、音波などの波の発生源と観測者の間に速度差がある場合に、波の周波数が異なって観測される現象です。発生源と観測者が近づいている場合には周波数は高く、遠ざかっている場合には低く観測されます。

図 3： 8 月 17 日、GPS 衛星（赤色）と「WNISAT-1R」（青色）の位置、図 2-B と対応。
黄緑色：反射強度、桃色線：等ドップラー線、水色楕円：等距離線、青色線：「WNISAT-1R」の軌道

ウェザーニューズは、これらの解析結果に GPS 衛星との位置関係や受信条件を用いて適切に正規化することで、表面の粗さを解析できると考えています。今後、観測事例を増やして比較学習を重ねることで、海面の波や風の強さ、海氷の情報を航海の安全に寄与できるか海運会社と協力して確認していきます。

◇ 参考情報

参考 1：「WNISAT-1R」に搭載された GNSS-R 受信アンテナと GPS 受信アンテナの位置

参考 2：GNSS-R の原理

参考 3： 8 月 17 日、GPS 衛星（赤色）と「WNISAT-1R」（青色）の位置
図 2-B、図 3 と対応、（左）反射強度、（中央）等距離線、（右）等ドップラー線◇ 関連するプレスリリース
・2017 年 8 月 9 日「WNISAT-1R」が初画像取得
https://jp.weathernews.com/news/17638/
・2017 年 7 月 18 日「WNISAT-1R」打ち上げ成功
https://jp.weathernews.com/news/17208/