沿岸技術研究センター論文集 No.10（2010）

東京湾における海洋短波レーダの実運用に向けた技術検討
川崎栄久*・公平和裕**・福原哲夫***・藤澤孝夫*****（財）沿岸技術研究センター**

調査部 研究員

前国土交通省関東地方整備局

港湾空港部

海洋環境・技術課

施工技術係長***国土交通省関東地方整備局

港湾空港部

海洋環境・技術課

課長補佐

****

国土交通省関東地方整備局

港湾空港部

海洋環境・技術課課長

日本沿岸域に設置されている海洋短波レーダは 2010 年現在，実験局として運用されている．今後，実用局の免許を取得するためには，海洋短波レーダが他の電波利用サービスに対して電波干渉を与えないことが前提となるため，実用局の免許取得に向けて国
土交通省関東地方整備局港湾空港部では，東京湾を対象に海洋短波レーダの電波干渉に関する技術検討を行っている．本検討では，東京湾の海洋短波レーダが他の電波利用サービスに対して電波干渉を引き起こさない最小離隔距離を算出し，電波干渉対策を検討
した 1)．
キーワード : 東京湾の海洋短波レーダ，地上波伝搬，電波干渉対策の高度に形成される電離層のＦ層に反射して,地表との反射を繰り返しながら 1000km 以上先まで伝搬する（図-1 参照）．

1. はじめに表-1 周波数分配表
国内分配（kHz）

短波帯（３～３０ＭＨｚ）

第２地域*1

第３地域*1

固定
放送

5060－5450

固定
移動（航空移動を除く）

国内運用

日本国内での
海洋短波レーダー使用周波数

固定

海保 CODAR（5032-5047.5)

固定
移動（航空移動を除く）
固定
移動（航空移動（Ｒ）を除く）-

6765－7000

固定
移動（航空移動（Ｒ）を除く）

9040－9400

固定

固定

情通研_三菱レーダー（9214-9223，9227-9243，9247-9272）

9900－9995

固定

固定

-

11400－11600

固定

固定12100－12230

固定

固定-13870-14000

固定
移動（航空移動（Ｒ）を除く）

固定
移動(航空移動を除く）
航空移動（ＯＲ）

九大・北大 CODAR（13921-13971）

17410－17480

固定18030－18052

固定

固定-

18168－18780

固定
移動（航空移動を除く）

固定-

19020－19680

固定

固定-

19800－19990

固定

固定-

24000－24890

固定
陸上移動

固定
陸上移動

港湾局_NJRC レーダー*2,
港湾局_CODAR,
海保_三菱レーダー(24465-24565)

固定
移動（航空移動を除く）
固定
移動（航空移動を除く）
固定
移動（航空移動を除く）
気象援助
固定
移動
固定
移動
固定
移動
固定
移動
宇宙研究（40.98-41.015）
宇宙研究（40.98-41.015）
固定
移動
固定
移動

固定
移動（航空移動を除く）
固定
移動(航空移動を除く）
固定
移動(航空移動を除く）

-

移動

-

移動-

移動

-

固定
移動

25210－25550
26175－27500
27.5-28

超短波帯- 73 -

第１地域*15005－5060

25010－25070（３０～３００ＭＨｚ）

国土交通省関東地方整備局は東京湾沿岸に海洋短波レーダを３基設置し，海上を浮遊するゴミの回収効率化に役立てている．海洋短波レーダは無線局の免許上，実験局として運用されているが（日本国内の海洋短波レーダと他の電波利用サービスが試用している周波数を表-1 に示す），現在，海洋短波レーダの実用局に向けて技術的検討が進められている．
今後，実用局に向けて電波の周波数帯の取得や海洋短波レーダを増設する場合には，他の電波利用サービスとの電波干渉対策や，干渉回避のための運用方策の検討が必要となる．
東京湾に設置されている海洋短波レーダの使用周波数は，24.515MHz±50kHz である（表-1 参照）．電波は周波数帯により伝搬特性が異なるので電波干渉に関する検討に当たっては東京湾に設置されている短波帯の海洋レーダを対象にその特徴を掴んでおくことが重要である．以下にその特長を述べる．
・ 短波は周波数 3MHz～30MHz，波長が 10m～100m の電波である．
・ 東京湾に設置されている海洋短波レーダの電波周波数は 24.525MHz であり，その電波波長（λ）は約 12m である．
・ 短波の伝搬モードは大きくわけて地上波(GroundWave)と上空波（Sky Wave)がある．
・ 地上波は，いろいろな形で地上を伝わるもので，直接波と大地反射波及び地表波の成分に分類される．
・ 上空波は,電離層反射波とも呼ばれ，
約200～400km

38.25－
40.6MHz
40.6－
40.86MHz40.86－41MHz

41－43.436MHz
43.436-43.544
43.544-44

固定

-----

移動-

移動
無線標定

港湾局_NJRC,
港湾局_CODAR レーダー(41750-42050)

無線標定

-

移動無線標定-固定
固定(44-47)
移動
固定
放送
44-50
移動（44-47）
無線標定
移動移動放送（47-68）*1
第一地域はロシアを含むヨーロッパ、アフリカ、第二地域は南北アメリカ、第三地域はアジア・オセアニアを示す。
*2
赤枠は東京湾の海洋短波レーダーが使用している周波数帯域を示す。

沿岸技術研究センター論文集 No.10（2010）

浪の波高，周期を推定することができる（図-3 参照）．
東京湾の海洋短波レーダが他の電波利用サービスに干渉を与える場合，レーダの送信波が他のサービス（例えばアマチュア無線）の受信機で受信されることにより，本来必要とされる信号が復調できない障害が発生する．
これを防止するためには東京湾の海洋短波レーダが送信した電力が，他の電波利用サービスの復調を妨害しないことが前提となる．これを確認するために東京湾の海洋短波レーダの送信機の特性と他のサービスの受信機の特性を整理して，レーダ局と他の電波利用サービスとの必要な離隔距離を計算することにした．

空中波の伝播図-1 上空波の電離層伝搬の概念図 2)
上空波は数 1,000km 先まで到達するが，地上波は数10km～数 100km である．本報では，特に電波干渉の影響が想定される東京湾の海洋短波レーダについて，地上波のみに着目した電波干渉検討を行った．

・波高・周期

2. 東京湾の海洋短波レーダと他の電波利用・表層流の流速，流向サービス（アマチュア無線等）との干渉検討
現在，東京湾には海洋短波レーダが横浜市大黒埠頭地区，千葉市中央地区，千葉市船橋地区の３箇所に設置されている（以降，これらを「東京湾の海洋短波レーダ」と呼ぶ）．現在，東京湾の海洋短波レーダが使用している周波数帯では，他の電波利用サービスは運用されていな
い（表-1 参照）
．しかし今後，実用局化にともなって，他の電波利用サービスと同じ周波数帯を利用することも想定される．そこで他の電波利用サービスとしてアマチュア無線を想定し，電波干渉の検討を以下のフローにしたがい行った.

図-3 ドップラースペクトルの例 3)

2.1 東京湾の海洋短波レーダの特性
東京湾の海洋短波レーダの送信機特性を表-2 に記す．
表-2 東京湾の海洋短波レーダの送信機特性
項目(1)東京湾の海洋短波レーダーの送信機特性、アンテナ特性の整理↓(2)介入が想定される他の電波利用サービスの受信機感度、正常運用可能な干渉レベルの整理
↓単位値

レーダ方式

---

FMICW

周波数
掃引幅

MHz24.515

kHz100(中心周波数±50)

送信アンテナ---

3 素子八木アンテナ

dBi

6.3

利得(背面=陸上)

dBi

-11.2

指向性パターン---

利得(前面=海上)(3)地上波伝搬を適切に考慮できる計算モデルの選定↓(4)計算モデルの条件の選定↓(5)東京湾の海洋短波レーダーと他の電波利用サービスとの離隔距離の計算

送信出力（アンテナ入力）↓

デューティ比(6)電波干渉の有無あるいは許容可能、不可能の判断

Wpk

200

---

0.5

↓
(7)電波干渉対策及び運用方策の検討↓(8)まとめ

図-2 電波干渉検討のフロー図
東京湾の海洋短波レーダは，電波を海面に送信して，送信された電波が海洋波浪からブラッグ散乱共鳴を受けて後方に散乱されたものを受信し，得られた受信信号を信号解析してドップラースペクトルを得る．ドップラー
スペクトルの一次散乱エネルギーの解析からは表層流の流速と流向を，二次散乱エネルギーの解析からは海洋波

東京湾の海洋短波レーダは，小さい出力で距離の検出を行うために周波数変調させながら電波（搬送波）を送
信 し て い る . こ れ を FMICW （ Frequency ModulatedInterrupted Continuous Wave）方式と呼ぶ．また送信アンテナは八木アンテナで指向性（アンテナ前面の放射電力が大きい）を持つため，図-4，5 に示すように海上の利得（放射する電力）が陸上と比べて大きい．

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沿岸技術研究センター論文集 No.10（2010）

雑音等）がある．ここでは ITU-R P.372-95)に従い，外部雑音環境として静かな田園（quiet rural）を想定した．
また I/N（Interference – to– Noise Ratio）は，他の電波利用サービスの保護の検討に必要な干渉対雑音比であるが，干渉を避けるためにはこの閾値を下回る必要がある．

アンテナ前面アンテナ前面

2.3 地上波伝搬モデル計算の計算条件

図-4 海洋短波レーダのアンテナパターン

地上波の伝搬計算には GRWAVE を用いた.これは地上波伝搬を計算するために ITU-R で推奨するプログラムである 4),5)．GRWAVE の計算条件を表-4 に示す．
表-4 GRWAVE 計算条件
項目単位値

大気の屈折示数(地表)

ANS

NU

315

備考

大気のスケールハイト

HSCALE

km

7.35

電波の偏波

IPOLRN---1

垂直偏波*1

電波の周波数FREQ

MHz

24.515東京湾レーダー(船橋局)

比誘電率

EPSILON

---

22

導電率

SIGMA

S/m

0.003

比誘電率

EPSILON

---

70

導電率

SIGMA

S/m

5標準大気

陸上
水色：合成観測範囲
赤色：送信アンテナの指向性

海上

図-5 東京湾の海洋短波レーダの設置状況

2.2 他の電波利用サービスの特性と干渉閾値の整理
本検討では，東京湾の海洋短波レーダから電波干渉を受ける他の電波利用サービスが，東京湾の海洋短波レーダ送信機の背面つまり陸上側に存在するとものと仮定した．ITU-R WP5B（国際電気通信連合－無線部門 海上移動・航空移動・無線測位業務作業部会）での検討に従い，固定および陸上移動サービス（短波帯の業務無線やアマチュア無線）を想定した．他の電波利用サービスの受信機特性を表-3 に示す．
表-3 他の電波利用サービスの受信機特性
項目

単位

大地の電気的特性(陸上伝搬用)

海面の電気的特性(海上伝搬用)

最小距離

DMIN

km

1

最大距離DMAX

km

50

距離間隔

DSTEP

km

1

距離間隔の計算方法

LOGLIN

---

0

直線等間隔

電波伝搬の計算方法

IG

---

0

近距離を幾何光学近似で計算

送受アンテナの組合せ

JHT

---

1～単一受信アンテナ

陸上受信アンテナ高HRRm

2.2アンテナ地上高送信アンテナ高HTTm

4.0(陸上伝搬用)

海上受信アンテナ高HRRm

3.7アンテナ海面高送信アンテナ高HTTm

6.0(海上伝搬用)

東京湾

単一送信アンテナについて計算地上波の伝搬は大気や海上，地表の電気的特性の影響を受ける．この値は ITU-R 勧告文書で定められたものを用いている．

値

被干渉サービス---

固定および陸上移動変調方式---

SSB(phone)

アンテナ利得dBi0

受信帯域幅

kHz

3

外部雑音

---

ITU-R P.372-9, Quiet rural

I/N 閾値dB-6

2.4 離隔距離の計算結果

変調方式には SSB(phone)を想定した．これは振幅変調AM(Amplitude Modulation)の一種で，通常の振幅変調方式と比べてエネルギー効率（変調効率）が良く，通常の振幅変調と比べて低電力で遠方の通信が可能であることが特徴である．
表-3 中の外部雑音は復調を難しくする要因の一つであり，外部雑音には人工雑音，自然雑音（大気雑音，宇宙GRWAVE による計算で得られた被干渉側（他の電波利用サービス）の受信機における東京湾の海洋短波レーダ波の受信電力(Pr)と最大許容干渉電力(約-130dBm)から最小離隔距離を求めた．
表-2，表-3，表-4 の陸上伝搬のパラメータを用い，東京湾の海洋短波レーダ局背面の地上波伝搬計算を行った
ところ，図-6 の結果が得られた．この受信電力値と最大許容干渉レベルとが交差した点から，東京湾の海洋短波レーダと他の電波利用サービスの最小離隔距離を推定したところ，東京湾の海洋短波レーダの電力が200Wの場合，53km となった．

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沿岸技術研究センター論文集 No.10（2010）

離隔距離の推定(200W/100W/50W, 50%, 3kHz/100kHz, 方位180°=レーダ背面[陸上])被干渉ｼｽﾃﾑ
被干渉ｼｽﾃﾑ-50-60200Wに対する受信電力(Pr)-70100Wに対する受信電力(Pr)干渉電力 (dBm)-80

50Wに対する受信電力(Pr)-90200Wに対する離隔距離(Rmin)-100

最大許容干渉レベル(Imax)-110

図-8 PA レーダによる被干渉システムの回避
DBF レーダー(左)と PA レーダー(右)の電力放射パターン-120-130-140-150
1101001000

4. まとめ

与干渉レーダからの距離 (km)海洋短波レーダからの距離(km)

図-6 最小離隔距離の推定

東京湾の海洋短波レーダと他の電波利用サービスについて電波干渉対策を検討した．成果を以下にまとめる．

3. 干渉対策及び運用方策の検討
3.1 干渉対策
東京湾の海洋短波レーダを他の電波利用サービスとの最小離隔距離以内に設置する必要が生じた場合には，干渉対策が必要となる．
現在は八木アンテナの指向性により背面への放射を抑制しているが，さらにレーダの背後への地上波放射を抑えるようなアンテナ構造とすることで，背面方向の最小離隔距離をより短縮できる可能性がある．地上波放射を抑えるアンテナ構造としては，たとえば反射板による遮蔽等が考えられる（図-7 参照）．

1) 本検討の条件において，送信電力200Wのケースでは，他の電波利用サービスとの最小離隔距離は53kmとなった．
2) 東京湾の海洋短波レーダの送信電力を下げて運用することで，他の電波利用サービスとの離隔距離を短くすることができる．
3) GRWAVE で計算された最小離隔距離以内に海洋短波レーダを設置する必要に迫られた場合や他の電波利用サービスが新たに設置される場合は，送信アンテナの背面に反射板を設けることによって背面方向の最小離隔距離を短縮できる可能性がある．
4) 被干渉システムが固定されている場合，PA 方式のビーム照射により，電波干渉を軽減できる可能性がある．ただし DBF 方式と比べると観測時間が長くなる欠点がある．

参考文献
1)国土交通省関東地方整備局港湾空港部・（財）沿岸技術研究セ
ンター：平成 21 年度 東京湾における海洋短波レーダの実用

図-7 現在の八木アンテナ(左)と背面への電力放射抑制対策後の電力放射パターン(右)局に向けた技術検討業務 報告書 20102) 竹田義行監修㈱・インプレス R&D：インプレス標準教科書シ

東京湾の海洋短波レーダはその照射方法によって 2 つの方式がある．観測視野全体を同時にアンテナビームで照射する DBF(Digital Beam Forming)方式と，特定の観測方向だけを狭いアンテナビームで照射することができるPA(Phased Array)方式である（図-8 参照）．したがってPA レーダでは，被干渉システムの方向に電波を照射しないことで，干渉を軽減することができる．但し，PA レーダで広い視野を観測するには，各方向の観測を個別に行う必要があるため，長い観測時間を必要とする欠点が生じる．

リーズ 改訂版ワイヤレス・ブロードバンド時代の電波/周波数教科書，2008
3)土木学会海岸工学委員会研究現況プレビュー小委員会：陸上設置型レーダによる沿岸海洋観測，2002
4)ITU-R:RECOMMENDATION ITU-R P.368-95)ITU-R:RECOMMENDATION ITU-R P.372-9- 76 -