太陽から都市生活まで
私たちの研究領域です
高度 (km)150,000,000

太陽風観測衛星1,500,000

宇

380,000

宙
空
間

磁気圏界面
通信・放送衛星

磁気圏

国立研究開発法人情報通信研究機構

60,000

電磁波研究所

36,00010,000

ビジョンとミッション〜第 5 期中長期計画から未来へ〜

GNSS衛星

1,000

周回衛星

熱圏・電離圏

国際宇宙ステーション

90

大
中間圏
成層圏

圏

オーロラ

80

流星

70
60
50
40

オゾン 層

30
20

対流圏

気

100

10
0

積乱雲

目次
1 章

電磁波研究所のビジョン ………………………………………………………

1

1.1

電磁波技術をとりまく状況 ……………………………………………………………

1

1.2

NICT における電磁波技術の歴史…………………………………………………

3

1.3

電磁波研究所のビジョン……………………………………………………………

4

付録 1 地球のために 宇宙へ飛び出すために

付録 2 現代の社会インフラである電波をうまく使うために

2 章

電磁波研究所のミッション ……………………………………………………

9

2.1

地球と人を守るセンシング技術の発展を目指して ……………………………

10

2.1.1
2.1.2

地上レーダーによる環境計測技術の研究開発 …………………………………
大気の状態を可視化するレーザーセンシング技術 ……………………………

2.1.3 合成開口レーダ（SAR）を用いた地表面観測 ……………………………………
2.1.4 地球規模での雲・降水計測 ………………………………………………………

11
14
18
23

2.2

安心安全な宇宙利用社会のための宇宙天気予報 ………………………………

28

宇宙天気観測・予測技術 …………………………………………………………
宇宙天気予報業務 …………………………………………………………………

29
40

2.3

高度情報化社会を支える電磁環境を維持・改善するために …………………

44

2.2.1
2.2.2

2.3.1 複雑な電磁環境における電気電子機器と通信・放送システムの円滑な相互運用に向けて ………………………………………………………

2.3.2 Beyond 5G/6G 等の新たな無線システムに対応した電波ばく露評価技術 …
2.3.3 電波ばく露レベルモニタリングデータの取得・蓄積・活用 …………………
2.3.4 無線用測定器等の較正サービス …………………………………………………

45
47
50
52

2.4

社会基盤としての高精度時刻周波数標準の発生と供給 ………………………

55
58
59
61
64

2.5

回折光学技術とデジタル技術の融合による新しい光学を拓くために ……
2.5.1 波面プリント技術 …………………………………………………………………
2.5.2 空間光通信技術 …………………………………………………………………
2.5.3 デジタルホログラフィに基づく精密光学測定技術 ……………………………

66
67
68
70

2.6

実用化への展開を加速するために …………………………………………………

74

3 章

未来にむけて …………………………………………………………………………

75

3.1

電磁波研究所が有するスキルとリソース………………………………………

75

3.2

「電磁波ビジョン」を達成するために ……………………………………………

76

3.3

その先の未来へ …………………………………………………………………………

77

2.4.1
2.4.2
2.4.3
2.4.4

標準時・標準周波数発生技術 ……………………………………………………
標準時・標準周波数供給技術 ……………………………………………………
絶対空間基準の計測及びローカル相対時空間同期の活用 ……………………
高精度な周波数標準によって切り拓く科学の未踏領域開拓 …………………

第１章 電磁波研究所のビジョン
1.1

電磁波技術をとりまく状況

現代社会において、電磁波の利用なくしては、社会生活が成り立たちません。社会の様々なシーンにおいて、通信はもちろん、気象の観測と予測、インフラシステムの維持、生活に溶け込む電子機器の安全な動作、さらに災害対策に至るまで、電磁波の利用に支えられています。ここでは、我が国の諸方針の中で情報通信技術（ICT）がどのように記述されているか紹介するとともに、それを支える電磁波技術の開発を担う電磁波研究所の役割について概要を述べます。

● SDGsSDGs（Sustainable Development Goals：持続可能な開発目標）は、2016 年から 2030
年の 15 年間で達成すべき“世界共通の目標”として、2015 年 9 月に国連で開催された「持続可能な開発サミット」において国連加盟全 193 か国によって採択されました。これは発展途上国・先進国と国の状況を問わず、地球上のほぼすべての国が採択した国際目標であり、「誰一人取り残さない」ことが謳われています。SDGs では 17 項目の目標が示され、この目標達成に向けて行動していくことで、2030 年以降も“持続可能な社会”を実現させ続けることを目指しています。この目標の中には、電磁波研究所の研究により解決につながる可能性のあるものも多数含まれており、研究成果の社会展開が重要となっています。
（２章で紹介する各技術項目に SDGs 共通のアイコンで例示しています。）● Society 5.0
我が国が目指すべき未来社会の姿として、「Society 5.0」が提唱されています。Society
5.0 とは、内閣府によると、「サイバー空間（仮想空間）とフィジカル空間（現実空間）を高度に融合させたシステムにより、経済発展と社会的課題の解決を両立する、人間中心の社会（Society）」と定義されています。すなわち、様々な知識や情報が社会で共有され、必要な情報が必要なタイミングで提供されるようになることで、今までにない新たな価値が生み出され、社会の様々な課題や困難が克服されるという社会を我が国は目指しています。
Society 5.0 を実現していく中で、ICT（Information and Communications Technology：情報通信技術）のさらなる高度化は、社会経済を大きく変える可能性をもつ役割としていっそう期待されています。
NICT では、これまでも Society 5.0 の実現を目標に掲げ、電磁波研究所においても以下に示す３つの役割を果たすことを掲げて活動を行ってきました。第５期中長期目標期間においても引き続き Society 5.0 の実現を目指します。
1



多様なセンサを使って、フィジカル空間の情報をサイバー空間に集約する「センシング（計測・観測）」の機能を実現する役割

多種多様なデータを解析することにより、「未来の姿」をサイバー空間上に作り上げる「プロセッシング（情報の加工・処理）」の機能を実現する役割サイバー空間上のデータを活用して、フィジカル空間を作り上げる「アクチュエー
ション（作動・行動）」の機能を実現する役割● 宇宙基本計画（令和 2 年 6 月）
宇宙基本計画では、特に電磁波技術に関連して以下の計画が掲げられており、電磁波研
究所はこれらの活動に直接貢献しています。
「災害対策・国土強靭化や地球規模課題の解決への貢献」として、地球観測衛星・
センサ、準天頂衛星システム、災害対策・国土強靭化への衛星データの活用

「国際宇宙探査への参画」として、アルテミス計画、測位、通信、リモートセンシ
ング「宇宙を推進力とする経済成長とイノベーションの実現」として、衛星データの利用拡大、民間事業者への宇宙状況把握サービス提供のためのシステム構築「我が国の宇宙活動を支える総合的基盤の強化」として、宇宙環境のモニタリング（宇宙天気）● 第６期科学技術・イノベーション基本計画（令和 3 年 3 月）
第６期科学技術・イノベーション基本計画では、“情報通信技術（ICT）の浸透が人々の生活をあらゆる面でより良い方向に変化させる DX（デジタルトランスフォーメーション）の推進は、個々のニーズに適したソリューションを提供する可能性を広げている”と分析されています。

● 情報通信審議会「新たな情報通信技術戦略の在り方」第４次中間答申（令和2 年 8 月）
第４次中間答申では、あらゆる産業・社会活動の基盤である ICT 分野における研究開発を戦略的に推進し、さらにはその成果を着実に社会実装につなげることを重視すると述べられています。

● 総務省「Beyond 5G 推進戦略 －6G へのロードマップ－」（令和 2 年 6 月）
総務省の Beyond 5G 推進戦略では、Beyond 5G は単なる通信インフラにとどまらず、
ウィズコロナ・ポストコロナ時代の「新たな日常」を支え、2030 年代に向けて Society 5.0の進展を図るための生活・社会基盤となることが期待されており、Beyond 5G やさらにその先を見据えた研究開発が重要と述べられています。電磁波技術はその基盤として欠かせないものとなるでしょう。電磁波研究所では、培われてきたポテンシャルを活かした技術革新を進めています。
2

1.2

NICT における電磁波技術の歴史

NICT は、前身の郵政省電波研究所の時代から、電磁波技術に関して様々な課題の研究開発を実施し、多くの成果を創出してきました。ここでは、その概略をご紹介します。
リモートセンシング技術では、1960 年代から地上降雨レーダーの開発に着手し、ドップ
ラー効果と偏波特性を活用した高性能化を図り、現在活用されているフェーズドアレー気
象レーダーの完成につながっています。同じく 1960 年代より、衛星リモートセンシング技術の開発も進め、TRMM （Tropical Rainfall Measuring Mission）に代表される衛星搭載降雨レーダーの完成・運用の成功を経て、衛星搭載二周波降雨レーダー（GPM/DPR: Global
Precipitation Measurement/ Dual-frequency Precipitation Radar）や雲エアロゾル放射ミッションの雲プロファイリングレーダー（EarthCARE/CPR: Earth Clouds, Aerosols andRadiation Explorer/Cloud Profiling Radar）の開発につながっています。一方、航空機搭載
合成開口レーダーの開発は 1970 年代に始まり順次高性能化を図り、2021 年に３世代目となる Pi-SAR X3（Polarimetric and Interferometric Airborne Synthetic Aperture Radar X3）が完成しました。
宇宙環境技術では、衛星通信が一般化するまで長期にわたって国際通信を担ってきた短波通信の電波伝搬特性を左右する電離圏の観測を 1930 年代から開始するとともに、1940
年代には電波警報の発出業務も開始しました。また、宇宙環境擾乱の発生源である太陽活動の観測も 1950 年代から開始しています。これらの観測結果をもとに 1988 年に「宇宙天気予報」の業務を日本で唯一の実施機関として開始し、現在までに業務内容・精度ともに大きな進展を遂げています。
電磁環境技術では、無線機の型式検定業務を 1930 年代から、無線設備の測定器等の較正業務を 1950 年代から開始し、我が国の無線設備の性能の維持とともに、無線局免許制度そのものを支えてきました。また、ラジオ等の受信設備に影響を与える妨害波の測定法に関して 1960 年代から研究を開始するとともに、国際標準化活動へも継続して貢献しています。
一方、電波の生体影響の研究を 1980 年代から取り組み、電波防護指針策定・運用のための研究開発や標準化活動を通じて、携帯電話の爆発的な普及に大きく貢献してきました。
時空標準技術では、短波帯を使った標準電波の発射を 1940 年代から開始し、無線通信による標準国家周波数の提供を行ってきました。1950 年代からは原子時計の開発を開始し、利用する原子を拡大しながら、現在も世界最先端の光時計の開発力を維持しています。また、
日本標準時の生成・提供を 1970 年代から開始し、生成システムをバージョンアップしながら高精度化・高信頼化を達成してきました。日本における時間・周波数の標準機関として、
国際標準化活動にも継続して参画しています。

3

以上のように NICT は、これまで時代に応じた新たな電磁波技術を研究開発し、各技術分
野で成果を積み重ねてきました（図 1.1）
。この実績を背景に、NICT 電磁波研究所では、電磁波技術に関する優れた研究開発力・技術力を引き継ぎ進化させています。

図 1.1 NICT における電磁波技術の歴史

1.3

電磁波研究所のビジョン

1.1 節で示したように、政府から示された方針の中では、電磁波技術により社会の様々な課題を解決することが期待されています。1.2 節に示したように、NICT はこれまで電磁波技術に関して多くの技術開発成果の実績を有し、現在もその技術開発力は世界トップレベ
ルであることは、自他共に認めるところです。NICT 電磁波研究所は、これまで培った電磁波技術に関する研究開発力や技術力をあらゆる側面で活かしながら、未来への価値の創出に応えていきます。そのために、電磁波研究所は、自ら認識した確固たるビジョンをもって、未来に向かって活動していきます。このビジョンを社会に示すことで、電磁波研究所の考え
を社会と共有し、また社会からの意見・要望を反映させながら，我々の持つリソースを効果
的かつ効率的に活用し、課題解決を図っていきます。

4電磁波研究所では、以下のビジョンを掲げます。


持続可能な社会を実現させる



生活の質を向上させる



電磁波への好奇心を培う● 持続可能な社会を実現させる
持続可能な社会を実現させるためには、以下の３つの実現が必要であると考えます。
① 信頼できる社会基盤が構築されていること② 環境の変化（変動）を把握できること③ 環境の新たな変化に対応（適応）できること
それぞれの事項の必要性について、以下に示します。
①

信頼できる社会基盤が構築されていること
人間は社会的な動物と言われ、人々が共存しながら幸せに暮らし続けるためには、社会での活動が円滑かつ長期にわたって安定的に維持されることが必要です。それを支えるのが「社会基盤」です。社会基盤は、国土の保全や、電力、上下水道、交通、運輸をはじめ、社会のリスクを軽減するための防災、情報セキュリティまで、多種多様な要素により構築されています。これらの要素は、そのいずれもが長年にわたり改良されながら、あるいは新たな技術を導入しながら社会を支え続け、社会にとってのいわゆる「縁の下の力持ち」的な存在となっていますが、どの分野を見ても、現在の社会基盤は高度・高機能な情報通信技術（ICT）に支えられており、ICT が生活の隅々まで入り込んでいることは明らかです。このICT を根底から支えているのが「電波利用」です。電波は目に見えないことから、社会基盤の中では、さしずめ人間にとっての「空気」と同じ位置づけと言えます。
電磁波研究所は、社会基盤にとって不可欠な電波利用の基盤となる「電磁波技術」の研究開発を継続的に実施することにより、長期にわたって社会を支え、その結果として、持続可能な社会を実現させます。
②

環境の変化（変動）を把握できること
人間が活動する社会の環境は、様々な外的な要因によって常に変化・変動に晒されています。それらに対して人間は対策を立てて、影響を最小限に食い止めていかなければならず、ときには結果を受け入れて行動しなければなりません。そのためには、そもそもその環境の変化・変動が把握できることが必要であり、把握できたことで初めて変化・変動を認識し、その後の対策への判断に結びつけることができます。
環境の変化・変動を把握する手段、いわゆる「センシング」の手段には様々な方法が考えられますが、とりわけ「電磁波」は、物質中の伝搬状況や反射を観測することで、その物質の状態を知ることができるため、現在では電磁波を活用した多くのセンシング技術が実5用化されています。電磁波の特性を活かすことにより、従来では把握できなかった変化・変動を把握する技術の開発や、既存技術を簡便化することも求められています。電磁波研究所
は、電磁波を用いたセンシング技術の研究開発を継続的に実施することにより、環境の変化・変動をより詳細かつ多岐にわたって把握し、その結果として、持続可能な社会を実現させます。
③

環境の新たな変化に対応（適応）できること
これまでの人類の歴史を振り返ると、我々が把握できない環境の変化・変動が未知の脅威となって、時に我々に牙を向けてきました。人類の繁栄している社会を持続させるためには、絶えずその脅威に立ち向かわなくてはなりません。これまで人類は幸いにして技術を獲得することで、いつの時代も未知の脅威を乗り越えてきました。
技術で脅威を乗り越えるためには、まず脅威となる自然現象や人為的なトラブルを本質的に理解することと、現実的な対処方法を考案することが必要です。NICT はこれまで、電磁波の特性を活かして自然環境の物理現象などトラブルの本質を理解するとともに、科学的事実に基づいた現実的な対処技術を開発してきました。電磁波研究所は、電磁波技術の研究開発を継続的に実施することにより、未知の脅威への解決法を導き、その結果として、持続可能な社会を実現させます。

図 1.2 社会インフラである電波利用を支える電磁波技術

6

● 生活の質を向上させる
現代人、特に日本人は、忙しくて疲れていると感じる人が多いと言われています。そのため、望まない忙しさから解放され、なりたい自分になることを実現し、便利で快適な生活を実現する、いわゆる「ワークライフバランス」の重要性が認識されています。また、時間・空間・肉体・文化などの壁をできる限り低くすることができれば、個人ができることの範囲を広げることや、個人のもつ多様性を認め合うことができるようになります。
ICT は、ワークライフバランスの適正化や人々の多様性を向上させることができる大きな可能性をもつ技術です。また、その可能性を実現させるためのビジネスも ICT を使うことから誕生し、多くの人がそのビジネスを利用することで、企業・利用者ともに豊かになる
好循環が生まれます。ICT を根底からささえている電磁波技術は、その中心的な役割を果たしています。電磁波研究所は、電磁波技術の研究開発を継続的に実施することにより、生活における制限を取り除く技術を実現し、その結果として、生活の質を向上させます。

図 1.3 生活の質を向上させる● 電磁波への好奇心を培う
これまで述べてきたように、電磁波技術は、持続可能な社会を実現させるとともに、人間らしい生活を実現させる可能性を十分に有する技術分野です。我が国は、未来にむけて継続的に電磁波技術の研究開発、さらに社会基盤を支えるパブリックサービスを着実に実施
していかなければなりません。技術開発を中断することにより、技術の継承が途絶えるということがあってはなりません。そのためには、次の世代の技術者や研究者を育成していくことが必須です。次世代人材の育成は、今、現役で技術開発に携わっている世代に課せられた役割です。未来を支える世代に対して、今の私たちができることは何かを常に考えなくてはなりません。
7

目に見えない電磁波を扱う電磁波技術は、そのおもしろさ・大切さをわかりやすく伝えることが難しい側面を持っていますが、「わかった」時の驚きや感激は逆に大きいとも言えます。理解が一層の好奇心を引き出し活動の仲間が増えることで、研究開発がより活性化するでしょう。電磁波研究所は、電磁波技術の役割とおもしろさ・大切さをわかりやすく伝え、次の世代の理解と好奇心を培うことにより、電磁波技術の継承者を育成していきます。

図 1.4 電磁波への好奇心を培う

8地球のために

宇宙へ飛び出すために
太

衛星の安全運用竜巻

フレアX線放射8分で地球に到達
ゲリラ豪雨の観測・予測

GPMCore DPR precipRateNearSurface(2014/03-2021/03)

高度

航空機の安全航行

追い
風

GNSS

向い
風

西

北

降水量の分布0

竜巻とその親雲の観測

60

120

180

240

300

[mm / 30 days]

高エネルギー粒子線
30分〜2日で地球に到達

フレア発生

陽

風

太陽風擾乱
2日〜3日で地球に到達

地上や宇宙の社会インフラに大きな影響を及ぼす
宇宙天気の観測と予報

衛星から地球規模で雲と降水を観測

太陽フレアは電力設備にも
影響する。

Earth
Mars

地形の変動を電波で観測
御嶽山火口付近の観測

GNSS

電波は都市生活の社会インフラ

GNSS

船舶の安全航行現代の社会インフラである電波をうまく使うために
GNSS に影響する宇宙天気の予報

私たち個人が用いる携帯端末だけでなく交通システムや電子商取引など社会生活全般を電磁波技術が支えています。

太陽領域 ＞
やや活発

位置・速度等の情報を多数・同時にやりとりする。

遠隔で安全に作業する。

いつでも
繋がる。
様々な機器が自動的に同期できるようになる
超小型原子時計ローカル時系

静穏
Lv. 1

生活空間の見えない
ノイズ問題を解決する。

周波数標準器レーダー観測に基づく
ゲリラ豪雨等の情報をリアルタイムで提供

日本標準時システム

水素メーザ

衛星仲介

Lv. 1

電話回線による
時刻通報＜眼球モデル＞

網膜神経節細胞
双極細胞 アマクリン細胞
水平細胞 視細胞

精密時刻比較

周波数校正
サービス

TAA
TSA

アナログ回線光回線(2019年1月〜)

インターネット
電波
時計用
中継器

アクセス数＞20万/月

アクセス数＞50億/日Time stamp
UTC 12:10:35
電子書類

網膜細胞

＜皮膚モデル＞

時刻認証への
時刻提供

NTP
サービス

Lv. 1

デリンジャー スポラディック
電離圏
現象 ＞
E層
嵐 ＞

電磁波の生体影響研究のための数値人体モデル

Cs時計

標準電波(JJY)

Lv. 1

活発
Lv. 3

電波は人体に安全でなければ
ならない。

国際比較

確度参照

静穏

誤動作？

社会活動の基盤である時刻の生成と配信

標準時刻・標準周波数

Lv. 1

放射線帯
地磁気
電子 ＞
擾乱 ＞

静穏

災害現場で高度な観測データを使う。

LED 照明機器から発生するノイズ測定

DB

電離圏領域 ＞

静穏

太陽
プロトン
フレア ＞
現象 ＞

現実空間へ 3 次元データを重畳できるホログラフィ

無線機の技術基準
適合証明
UTC

Lv. 2

磁気圏領域 ＞
静穏

遠隔

直接
NICT
(1, 5, 10 MHz)NTP: Network Time Protocol
TAA: Time Assessment Authority
TSA: Time Stamping Authoritymm

電子商取引はお互いの時刻が合ってこそ成立する。

μmnm

第２章 電磁波研究所のミッション
本章では、1 章で述べた電磁波研究所のビジョンに基づき、各研究室が研究開発を進める
技術分野について、2.1 節（リモートセンシング）、2.2 節（宇宙環境）、2.3 節（電磁環境）、
2.4 節（時空標準）、2.5 節（デジタル光学基盤）の各項毎にその活動概要とミッションを紹介します。また図 2.1 に、各分野内の技術項目について、その主な活躍の舞台をおおまかに分類しました。

2.5.1
波面プリント技術
2.5.2
空間光通信技術2.4.4
高精度な周波数標準で切り開く科学の未踏領
域開拓

2.5.3
デジタルホログラフィに基づく精密光学測定技術

電磁波で新たな世界を拓く

2.1.2
大気の状態を可視化する
レーザーセンシング技術

2.4.3
絶対空間基準の計測及びローカル相対時空間同期
の活用

2.3.4
無線用測定器等の較正サービス

2.4.3
絶対空間基準の計測及びローカル相対時空間同期の活用(B5G/6G関連)
2.1.1
地上レーダーによる環境計測技術2.3.1
電気電子機器と通信・放送シス
テムの円滑な相互運用に向けて

2.2.2
宇宙天気
予報業務

2.3.3
電波ばく露レベルモニタリン
グデータの取得・蓄積・活用

2.4.1
標準時・標準周波数発生技術

2.1.4
地球規模での雲・降水計測

2.2.1
宇宙天気観測・予測技術

2.3.2
Beyond 5G/6G等の新たな無線シス
テムに対応した電波ばく露評価技術

2.1.3
合成開口レーダ（SAR）
を用いた地表面観測

2.4.2
標準時・標準周波数
供給技術

電磁波で技術基盤を支える

図 2.1 各技術項目の目指す貢献

9

電磁波で世界を豊かにする（経済的な側面だけなく広義で）

2.1

地球と人を守るセンシング技術の発展を目指して

リモートセンシング研究室では、雨・雲・水蒸気・風・CO2・地表面の状態など様々な環

境情報を観測する技術の研究開発を行っています。当研究室で研究開発を進めている観測装置を図 2.2 に示します。横軸に周波数、縦軸に高度を取って装置を並べています。波長が数 10cm～数 m の UHF 帯の電波から、波長が数 100nm～数 µm の光まで、それぞれ性質が異なる幅広い電磁波を用いて様々な環境情報を取得する装置群です。取得した情報をユーザーが求める情報に翻訳するのは装置開発者としての責務です。各装置で得られたデー
タの高度な信号処理技術の研究開発にも取り組んでいます。
センシングは、我々が生活するフィジカル空間からコンピュータの中に存在するサイバ
ー空間への情報の取込み口として今後ますます重要になると考えられます。フィジカル空
間のあらゆるものがセンシングされ、センシングされた多様なデータはサイバー空間に取り込まれて統合的に処理され、人々に役立つ付加価値を伴ってフィジカル空間にフィードバックされます。センシングにより観測されたデータをサイバー空間に取り込んで解析することで、気象予測や災害予測をはじめ、様々な情報抽出が可能になります。全球規模、長期的視野でデータを集めて分析することで、気候変動対策や世界の水問題への対応なども可能になると考えられます。未来の人類が住み続けられる地球環境を維持するためには地球環境をより良く理解することが重要で、センシングはそのための重要なツールとなります。地球と人を守るセンシング技術の研究開発を目指しています。

図 2.2 リモートセンシング研究室が研究開発している主な観測装置
102.1.1

地上レーダーによる環境計測技術の研究開発【はじめに】
電波の大気からの散乱・吸収特性を使って、降水（雨と雪）活動、雲、水蒸気、風の分布などを広域で観測する技術を研究しています。開発している主な観測装置は観測対象ごとに以下のようになります。


降水・・・ 気象レーダー、フェーズドアレイ気象レーダー（PAWR）、
マルチパラメータ・フェーズドアレイ気象レーダー（MP-PAWR）



雲・・・・ 雲レーダー、高感度雲レーダー

水蒸気・・ 地デジ放送波の伝搬遅延利用、水蒸気ライダー風・・・・ ウィンドプロファイラ（WPR）、ドップラーライダー

気象レーダーでは、発達する積乱雲を素早く捉えるためのフェーズドアレイ技術による
高速 3 次元観測の実現と、積乱雲発達の指標となるひょうやあられの判別を可能とするマルチパラメータ（MP）化を進めています。WPR では、地表や空中の物体などからの電波散乱による不要エコー（クラッタ）の混入を低減するアダプティブクラッタ抑圧や、鉛直分解能を向上させることで乱気流を捉えるレンジイメージング技術を実証しています。各レー
ダー技術に加え、気象レーダーでドローン検知など複数の機能をもった多目的レーダーや、ある周波数の送信電波を別の目的で副次的に利活用する技術（パッシブレーダー）も開発しています。地デジ放送波を用いた水蒸気量推定もパッシブレーダーの一つと考えることができます。

図 2.3 地上レーダープロジェクトの主な観測装置とその観測対象
11地表付近の大気では水の循環が日々の天気に大きな影響を与えています。時間的にも空間的にも局所的かつ大きく変化する水の循環は、日々の生活では天気、農工業での水資源、
洪水・干害などの自然災害に直結します。また、水の循環の過程では熱エネルギーの交換も行われるため、大気の熱収支をより詳細に把握して気象予報に役立てていくうえでも水循
環の状況把握・的確な予測が重要になります。
気象レーダーや雲レーダーは、水の循環、降水過程の把握に必須の観測装置です。また、気体である水蒸気は気象レーダーや雲レーダーでとらえることができない水（降水粒子になる前の水）なので、それを把握することは降水の予測にとって非常に重要です。また、降水が発生する場所を予測するためには風を把握することも重要です。WPR は晴れた大気中で連続して風の高度分布を監視できる限られた装置の一つです。
現状の観測技術は、現況のおおよその把握は達成できていますが気象現象の理解にはまだ不十分で、信頼性の高い予測が行えていません。より時空間分解能の高い観測、現状十分に観測できていない気象要素の観測を可能とする技術の開発が必要です。
レーダーは電波を使います。電波は限りある資源であり、一つの電波を複数の目的で利活用する多目的レーダーや、ある電波を目的外に副次的に利用するパッシブレーダーが注目されるようになっています。パッシブレーダーは受信技術、受信信号解析技術が中心なのでコストを抑えた開発が可能です。送信された電波を 2 か所で受信するバイスタティック
レーダーや複数地点で受信するマルチスタティックレーダーもパッシブレーダーの延長と考えることができます。
【ビジョン】
洗濯物を取り入れる、散歩に行くといった日常生活に役立つ情報として、20 分から 1 時
間程度先までの確度の高い天気予報があればとても便利です。また防災・減災の観点からは、数時間から半日、あるいは数日先までの降水の伴う災害の発生予測情報が必要とされています。日常の天気予報から、数日先の防災・減災情報までがシームレスに提供され、誰もがいつでもどこでもそれらの情報を得られる社会を目指します。水資源の有効利用の点では、数週間〜数ヶ月までの降水量の予測も重要です。様々な観測データやその解析をもとに、このような情報も提供される未来を目指します。
地上付近の降雨分布の将来予測に関しては、短時間（5-10 分）の予測であれば、上空の降雨分布の情報を利用して推定可能になってきていますが、20 分〜１時間先、さらに長期間の将来予測を行うには水蒸気、風向・風速、気温の分布に基づいた気象予報が必要となり、観測・数値予報モデルに関してのさらなる進展が必要な状況です。より豊かな未来社会を目指して、主に観測技術とそれによって得られたデータの解析技術の研究開発を進めていきます。
我々はこれまで、気象レーダーに関して常に最新の技術開発・実証を行ってきました。
C 帯の偏波ドップラー降雨レーダー（COBRA）で気象レーダーへのパルス圧縮機能の適用
12

可能性を示しました。降雨の三次元分布を短時間で取得可能なレーダーシステム
として、フェーズドアレイ気象レーダー（PAWR）を開発し、次世代の気象レーダ
ーとして、高速鉛直断面観測を電子走査と DBF（デジタルビームフォーミング）
で実現する手法を提示しました。また、内閣府の SIP（戦略的イノベーション創造プ
ログラム）予算で、大学・他研究機関等と協力し、偏波化されたフェーズドアレイ
気象レーダー（MP-PAWR）を開発しまし

図 2.4 マルチパラメータ・フェーズドた。フェーズドアレイ気象レーダーでドアレイ気象レーダー（MP-PAWR）

ローンを検知するなど、多目的レーダーに関する研究も進めています。今後、人口密集地には X 帯の MP-PAWR から構成される密な気象レーダー観測網、人が生活する陸域・沿岸域をほぼカバーする日本全土には C 帯による疎な気象レーダー網、人が生活していない海上、陸域は飛翔体・衛星からの降水観測網が整備されていくと考えられます。大きな災害可能性のある熱帯低気圧については衛星搭載気象レーダーによる常時モニターが有効と考えます。雲は気象予測・気候変動予測ともに重要な要素なので、気象レーダーだけでなく雲レーダーも全国をカバーする観測網が期待されます。その他、空港ドップラーと気象レーダーが共用できるなど多目的レーダーの利活用で周波数の有効利用が進むと考えられます。
WPR は気象現象の解明を目的とした研究用途にとどまらず、国内外の気象機関が実施する気象状況の把握と予測に用いられています。日本では、気象庁が WINDAS と呼ばれる
WPR 観測網（全国 33 台）を気象予測のために運用しています。我々はこれまで、大気からではない固定物や車・飛行機など（クラッタ）から反射して返ってくる信号を低減するア
ダプティブクラッタ抑圧や、高レンジ分解能を実現するレンジイメージングの有用性を示してきました。世界気象機関（WMO）では、
国際標準化機構（ISO）の協力のもと、質の高い気象観測データを得ることを目的とした、観測装置の技術の標準化に取り組んでいます。我々は、現在進行しているこの ISO 規格
策定においても国際的議論を主導するとともに、これらの技術を推奨技術として入れ込
むための提案を進めています。

図 2.5 ウィンドプロファイラ（WPR）
13

パッシブレーダーでは、その手始めとして地デジ放送波の伝搬遅延から水蒸気量を推定する技術を開発し、観測展開・実証をしています。また、地デジ放送波で降雨観測をする机上検討なども行っています。気象レーダーのバイスタティック観測も実観測を含めた検討をしています。来る Beyond 5G / 6G 社会では、使われる電波の副次利用などパッシブレー
ダーの利用も進み、身近なあらゆるものがセンシングの対象になると予想されます。そのような社会で役に立つ技術の研究開発を進めています。
【ビジョン実現に向けて】
レーダー技術のさらなる高度化と、それらの利活用促進を目指します。より時空間分解能の高い大量のデータ、これまでにない新しいデータを数値予報モデルにデータ同化することで未来の予測精度は向上します。また、これらのデータを解析して現象の理解を深めることが、数値予報モデルそのものの改良にもつながります。高性能のセンサーは取得するデー
タ容量も膨大となります。その膨大なデータを用いて、データの品質管理や短時間降水予測などに AI を使う研究も進めています。大容量データの扱いを容易にするためのデータ圧縮・転送技術や、利用者ごとに必要な情報に特化した提供方法などの検討も必要です。ハードウェア・ソフトウェア両面からレーダー技術とそのデータ解析分析技術を高度化し、日常から非日常（災害時等）までをシームレスにカバーする観測システム構築を目指します。
【将来に向けて】
我々が開発する各種レーダー装置は、フィジカル空間からサイバー空間への情報の取込み装置です。様々な気象のデータをサイバー空間に取り込んで予測することで、極端現象（ゲリラ豪雨、竜巻突風、線状降水帯等）の緩和、豪雨・豪雪の被害軽減、水エネルギー・
風エネルギーの効率的取得、農業のための水量調整などが期待されます。数十年先には気象制御も可能になるかもしれません。学術的成果や知的財産など様々な成果をしっかり発信
しながら、これからも最先端の観測技術の研究開発を進めます。世界的に地球科学の教育水
準を引き上げていく取り組みも重要です。発展途上国をはじめとする世界各国に安価・高性
能なセンシング技術が展開され、気象・地球科学教育が発展し、人材育成が進んでいくことが、地球環境を守り、その中で暮らす人々の命を守ることにつながると考えます。

2.1.2

大気の状態を可視化するレーザーセンシング技術【はじめに】
大気の状態を調べることを目的に、リモートセンシング技術に適した目に安全なアイセ
ーフレーザーに関する研究開発及びそれを用いたレーザーセンシングの応用に取り組んで14

います。前中長期計画では、衛星への搭載を想定した風観測ライダーの光送信機の研究開発
や、その技術を地上の水蒸気観測に応用した風と水蒸気観測用ライダー（水蒸気差分吸収ラ
イダー：Differential Absorption Lidar（DIAL））の研究開発を推進してきました。近年では、
ライダー装置の機能を拡張して、より多くの情報を実空間からサイバー空間に取り込むために、レーザーの多波長化技術や高出力化技術の研究開発を進めており、今中長期計画中に気温も計測可能なマルチパラメータ DIAL（MP-DIAL）の開発および製品化に目途をつけることを目標に掲げています。
レーザーを用いたリモートセンシング技術の最大の特徴は、電波を用いるリモートセン
シング技術（レーダー）では不得意な、大気中の微粒子（エアロゾル）や分子のような極めて小さな対象の観測に向いている点にあります。微粒子をトレーサーにすることで風が観測でき、また分子によるレーザー光の吸収量から大気の組成情報を得ることができます。これらにより同技術は独自需要を獲得しています。
豪雨や竜巻などの突発的な大気現象による被害が大きな社会問題となっています。時間
連続的に風・水蒸気・気温の空間分布を計測する手法として MP-DIAL は有力な候補です。
また、計測・センシング技術に量子力学的な効果を利用することで、従来技術を凌駕する感度や空間分解能等を得ることができると期待されています（量子センシング技術）。
【ビジョン】NICT では、2001 年に波長 2µm 帯の冷却式の高出力パルスレーザーとそれを用いたドップラーライダー開発に着手しました。2019 年からは、Tm,Ho:YLF パルスレーザーで培った技術を発展させ、地上設置型の水蒸気差分吸収ライダー（H2ODIAL）の開発に着手しています。水蒸気吸収波長への高精度な波長制御技術を開発し、2020 年には冷却型のパルスレー
ザーではあるものの、H2ODIAL のプロトタイプの開発と性能評価を行いました。光送信機には NICT で開発された常温動作可能な Ho:YLF レーザーを採用して 2020 年度から本格的な研究開発を実施しており、現在同レーザーの世界最高出力達成を目指しています。

2021 年からは、将来の量子センシング技術実現のための基礎研究として、2µm 帯の量子光源（スクィーズド光源、量子もつれ光源）の検討も進めています。
自ら開発を進めてきたライダー技術（MP-DIAL）が発展・普及して、将来的には気象レーダーのように重要な社会インフラの一翼を担う装置となり、現代社会の様々な課題（地球
環境問題、国土強靱化、生活の安心・安全、カーボンニュートラル等）の解決に貢献する未来像を描いています。
直近の目標は、今中長期計画中に風・水蒸気・気温が計測可能な地上設置型の MP-DIALの開発を完了し、同技術が広く使われるために製品化の目途をつけることです。NICT が開発した MP-DIAL が現業の気象予測に導入され、全国の主要拠点（例えば、豪雨被害が発生しやすい地域の風上側等）に配置されるレベルの製品化を目指します。MP-DIAL の観測デ

15

ータが数値気象予報モデルにデータ同化され、豪雨の早期探知や予測が大幅に改善される
未来を目指します。
さらに未来においては、日本の気象予測にとって重要である海上の水蒸気（風、気温も）を計測するために、飛翔体（航空機、HAPS 等）に搭載可能な小型軽量の MP-DIAL の開発が必要になると考えられます。
量子光源は、量子計測・センシング分野の要素技術であると共に、量子鍵配送や量子コン
ピュータ等の量子科学技術分野においても重要であり、量子科学技術全般を支える共通的な基盤技術です。NICT 独自の量子光源の開発を通して、近年国際的な注目が急速に高まっている量子科学技術の発展及びその社会展開に貢献したいと考えています。
【ビジョン実現に向けて】
風だけでなく、水蒸気・CO2・気温など様々なパラメータを取得できる MP-DIAL を広く普及させることを目指します。ライダー技術を社会に浸透させて、世界を豊かにするためには、高額で特殊な部品を使い、世界に 1 つしかない特注の MP-DIAL を開発することではな
く、ユーザーが調達・運用可能な MP-DIAL を開発する必要があります。また、MP-DIAL の普及のためには、以下の３つの取り組みが重要と考えます。
（１）戦略性のある知財化戦略と技術移転先の確保
MP-DIAL の要素技術開発はすべて NICT 主導で行われています。主要技術である波長制
御技術については特許出願済み・論文化済みであり、今後、種レーザー、常温動作パルスレーザーに関しても知的財産を確保する予定です。技術移転先については、今中長期計画からいくつかの企業にコンタクトを開始しています。

図 2.6 （左）開発中の種レーザー (右) 開発中の常温動作パルスレーザー（２）長期運用可能なライダー技術（MP-DIAL）の開発
気象観測装置として長期安定運用可能であることは必須で、不安定要素は可能な限り取り除く必要があります。長期運用を実現するために最も重要なポイントであるパルスレー
ザーに関しては 2020 年から研究開発を実施しており、2021 度中に安定運用に目途を付け、今中長期計画中に世界最高出力を達成する見込みです。導入コストおよび運用コストを可
16能な限り低減するためには、MP-DIAL の構成部品のコストを 1 つ 1 つ見直し、高額または入手困難な部品の代替を検討する必要があります。
（３）MP-DIAL のデータ利活用
外部研究機関と連携して、MP-DIAL の観測データの数値気象予報モデルへのデータ同化実験を実施し、豪雨早期探知に対するインパクトを検証します。量子センシングは、これまでにない精度や観測距離などを実現できる可能性を持つ新しい技術です。現在各国で巨額の予算が投じられて熾烈な研究開発競争が行われていますが、まだまだ研究開発は始まったばかりです。これまでに培ってきたパルスレーザー技術など NICT 独自の技術を活かして、量子コア技術を確立するための開発を進めていく予定です。
【将来に向けて】
今中長期計画中に風・水蒸気・気温（＋CO2）が計測可能な地上設置型の MP-DIAL の開発を完了し、現業の気象予測に導入されるレベルの製品化を目指します。その特色は以下のとおりです。

図 2.7 MP-DIAL が切り開く未来社会17

風と水蒸気の同時計測結果から大気の収束、急速に発達する雨雲の動きをいち早
く捉えることで、局地豪雨や竜巻の発生予測やその被害の軽減化に繋げることが
できます。



来るべき 2050 年カーボンニュートラル社会に向けて、グローバルな炭素循環の把握・メカニズムの解明・モデルの高度化などに幅広く活用できます。



ドローンやスカイカーの登場により空の産業革命が進んでいます。MP-DIAL は風の３次元可視化が可能であるため、ドローン・ハイウェイなどの次世代の輸送・交通システムの安全を支える重要技術になると考えられます（ドローン搭載ライダ
ーなど）
。

2.1.3

合成開口レーダ（SAR）を用いた地表面観測【はじめに】NICT では、上空から地表面観測可能な飛翔体搭載映像レーダー（ハードウェア）の開発と、それによって得られたデータの分析技術（ソフトウェア）の開発を行っています。航空機搭載合成開口レーダー
は、これまで Pi-SAR、Pi-SAR2 と開発しており、2021 年度に最新の Pi-SAR X3 が初飛行する計画です。また、装置をより小型にしてドローン搭載可能にしたドローン搭載映像レーダー（DAIR）の開発も進めています。データ解析では、観測原理に基づいた分析技術と深層学習による分析
技術の両面から研究開発を進めていま

図 2.8

す。

Pi-SAR2 観測データの一例（熊本地震での土砂崩れの様子）

合成開口レーダー（SAR）は全天候性

かつ高分解能な地表面観測が可能であり、航空写真の性能が低下する夜間や悪天候時を補うことができます。航空機 SAR は広範囲かつ短時間で地表面モニタリングが可能で、自然災害発生時における被災地の状況把握などの分野で活用されています。また、学術的・社会

18

図 2.9 想定している Pi-SAR X3 と DAIR の観測ターゲット・利活用対象

的にさらなる高画質化と高精度化が求められており、Pi-SAR X3 は先行機（Pi-SAR2）と比べ大幅な高性能化を達成しています。
DAIR は航空機 SAR や衛星 SAR よりも容易に導入・運用可能な環境・災害モニタリン
グシステムとしての活用を期待して開発しています（それぞれの目的とするターゲットについては図 2.9 参照）。
一般ユーザーが SAR による観測データを利活用するためには観測データを適切に変換・解析（データ分析）する必要があります。電波の波的な性質を利用することで SAR 特有の情報抽出が可能です。特に干渉 SAR や多偏波 SAR を用いることで様々な地表情報（高さ、物体の形状、移動速度など）を抽出可能で、航空写真にはない利用価値が存在します。開発
した手法や技術は NICT が所有する SAR だけでなく、衛星 SAR など他のプラットフォーム
へ展開が可能です。SAR による観測データはビッグデータとしても利用可能で、AI を用いた分析技術の開発も行っています。また、外部の研究者へデータを提供することで協力して成果を上げることも期待できます。
【ビジョン】
飛翔体搭載 SAR は衛星や航空機をプラットフォームにするものが主流であり、自然環境の把握など地球規模のミッションに利用されています。近年はベンチャー企業により複数の衛星 SAR が打ち上げられており、今後、民間企業による商用利用が進むと思われます。
一方、航空機 SAR については航空機の維持・管理費や観測費が高額のため、官民での利用が進んでいない状態です（主な所有機関：海上保安庁、国土地理院、NICT、JAXA 等）。こ19

のような状況のため、安価で観測の自由度が高く、観測の時間分解能が高い新たな飛翔体搭
載映像レーダーの開発が社会的・学術的に求められています。
NICT では 1990 年代から航空機搭載タイプの SAR を開発・運用しています。開発した
航空機 SAR で得たデータを解析して、環境・災害モニタリングの高度化を進める上で必要となる機能・性能と機器開発で使用する最新のデバイス等の技術を検討して、次世代の機器開発（ハードウエアとソフトウエアの開発）を進めてきました。その特徴は、他の航空機
SAR よりも高性能かつ高機能、これまで計測できなかった現象を高精度に計測できる革新的なシステムで、今後も革新的な機器開発を行っていく予定です。
NICT は、一般ユーザー（研究者含む）が入手可能な SAR データよりも、分解能が高く、かつ全偏波・干渉用データの揃った SAR データアーカイブを大量に有しています。共同研
究や Web を通じたデータ配信により、解析や新たな分析技術の開発を実施してきました。
また、それと並行して単独で分析技術の開発も実施しています。開発した技術の一部は国際的にも最先端レベルに到達しています。
これまでの航空機 SAR で蓄積した技術をベースに、レーダーシステムの小型化、軽量化、省電力化を極限まで追求することでドローンに搭載することができるように、DAIR の開発を進めています。また、降雨等の気象観測や植生観測などへの応用も視野に機器開発を進めています。
赤道近くの熱帯雨林気候の地域などでは晴天率が低いため、衛星写真で地表面を観測できるチャンスは多くありません。同様に、極域の冬は日照時間が短いため空撮が難しい環境です。SAR は昼夜間・天候を問わず観測できるため、今後このような場所での活用が進むと考えられます。
また、差分干渉 SAR（地盤沈下等 mm ~ cm/year の変位計測）のように SAR でしか出来ない高精度計測も今後益々注目されるでしょう。航空機 SAR や DAIR の研究開発では、
人が意思決定や行動決定できる情報（AI（Actionable Information））の抽出を目標に、機器開発と解析技術の研究を推進する予定です。例えば、津波・高潮・河川氾濫等の SAR 画像
からの浸水深マップを作成し、通行可能な経路情報を抽出することで円滑な避難や救助に役立つ情報を提供したりすることを想定しています。また、気候変動によって発生する極端気象・台風災害（高潮、河川氾濫、土砂崩れ）時に、被災者・救護者に対して、災害 AI を提供することで被害の軽減に貢献することも可能です。
以上から、以下の 3 つを目指すビジョンと考えます。
①

SAR に関する自分達が開発した分析技術が日本に限らず世界中で役立てられる未来②

衛星写真等では成し得ず、SAR でしかできない分析技術を開発し、それが役立っている未来③

先進的な飛翔体搭載映像レーダーを用いた環境・災害モニタリングによる安心・安全社
会の実現
20

図 2.10 Pi-SAR X3 のデータ利活用のイメージ【ビジョン実現に向けて】
飛翔体搭載 SAR によって地表面の様々な情報（後方散乱情報、高度情報、移動体情報等）や既往の技術では計測できなかった現象や状況までも観測することができる革新的な機器開発を行うことを目標にします、またデータ解析においては、観測原理に基づく解析技術を高めることに加え、AI 等の新しい解析技術を利用することで、新しい情報を抽出する解析技術の開発を行うことを目指します。NICT で開発したセンサー技術及びそのプロ
ダクト（知的財産権取得）が世界で認知され、また開発した分析技術が他者所有の SAR でも使える（クロスプラットフォーム化されている）ことを目指します。
Pi-SAR X3 については、開発した技術を社会展開し、平時においては国土情報の更新等に利活用し、災害時においては浸水領域の抽出等の被災状況把握への利活用を進める計画です。また、我が国の安全保障分野（海上監視等）への利活用を進めます。DAIR を利用することによって、中小企業や地方自治体が容易に映像レーダーを用いた環境モニタリング
や災害モニタリングを行える環境を整備することができるようになります。ドローンによる気象観測や植生観測等の新しい計測方法によって、社会基盤の拡充に貢献することができると考えます。これらによって、安心・安全な社会を進化させることができると期待されます。
分析技術の開発では、独自技術の開発、その知財化と論文化を進めます。これによって知財収入や科研費等の外部資金獲得が期待できます。また、開発した技術をクロスプラット

21

フォーム化して利活用を広げ、新たなアイデアを見つけて次の開発へとつなげるサイクルを回します。
SAR データの需要に対して，実際に観測システムを所有しデータを提供できる機関は多くありません（特に航空機/衛星 SAR）
。SAR データの提供源である強みを生かし、ハード・ソフトの開発を進めます。また、観測データの NICT 内部での利活用以外に、データ公開・ドキュメント化で外部研究者が利活用できる環境構築を行うことも重要だと考えます。
【将来に向けて】
将来に向けては以下のようなセンシングシステムを開発していきたいと考えています。

図 2.11 SAR 技術の将来構想
開口合成技術はスマート（小型で高性能）なセンサーを構築する重要パーツになりうると考
え ま す 。 NICT の SAR 技 術 が 様 々 な と こ ろ で 当 た り 前 の よ う に 使 わ れ て い る 未 来を目指します。

22

2.1.4

地球規模での雲・降水計測【はじめに】
地球温暖化などの気候変化は雲と降水（雨と雪）の地域分布を変化させ、その変化で起こる水災害によって人命喪失や経済的損失を地球規模で引き起こすことが予想されます。極端気象現象をもたらすような雲の成長過程や、雲や降水によって起こる大気や地表面の熱のやりとりを観測することは、地球規模で起こる現象と地域的に起こる現象の相互的な結
びつきを理解するためには必要不可欠です。
人工衛星による宇宙からの雲・降水観測は、地球全体を広域にカバーするため、その観測結果を地域的な水災害予測に役立てたり、将来の気候変化予測に必要な雲・降水の全球分布を提供したりすることが可能です。NICT は、レーダーを用いた宇宙からの雲・降水全球観測を実現するリモートセンシング技術の研究開発を行っています。図 2.12 は NICT が開発に携わった衛星搭載降水レーダーから得られた降水の分布図を示します。降水の多いとこ
ろは海洋上に位置しているように、衛星からの観測は人間が直接赴くことが難しい場所の広域観測に利点があります。
雲や降水を直接観測し水災害予測に役立てることで、災害予測のリードタイムが確保できるようになります。
これまでの光学センサーやマイクロ波放射計からの雲や降水の観測では、それらの水平分布は分かるものの高度分布情報が得られず、予測における大きな不確定要素となっていました。自ら電波を発射し反射波を観測するレーダーでは、雲や降水内部の高度情報を得ることができます。また、雲や降水は周囲の状態（水蒸気や雲のもとになる微粒子など）に影響を受けるため、ある程度の広域観測の必要性があります。しかし、宇宙からのレーダー観図 2.12 TRMM PR (左)と GPM DPR (右)から得られた全球の降水量分布 (mm/30 days)
23測を実現するためには、ロケットの搭載性（重量や大きさ）や宇宙空間（数百 km 遠方）からの高速飛翔体（秒速約 8 km）による観測といった、特殊な環境下での実現性が課題となります。
【ビジョン】
近年、世界各地で豪雨や干ばつなどの異常気象や気象災害が多発しています。日本でも、数十年に一度起きるとされる極端気象現象（大雨や持続的猛暑）が、毎年のように起きています。特に、近年の豪雨災害の激甚化は、最新の研究によって「疑いの余地なく」進行している地球温暖化の影響であることが IPCC によって報告されています。NICT の衛星レーダ
ー開発の歩みを図 2.13 に示します。地球規模の降水分布を調べるために、衛星搭載降水レーダー TRMM/PR（熱帯降雨観測計画衛星搭載降雨レーダー）と GPM/DPR（全球降水観
測計画主衛星搭載二周波降水レーダー）を宇宙航空研究開発機構（JAXA）と共同開発してきました。また、レーダー開発の経験をもとに、観測データの品質保証やその検証にも長年携わってきました。また、地球規模の雲の分布を調べるために、衛星搭雲レーダー
EarthCARE/CPR（雲エアロゾル放射ミッション衛星搭載雲プロファイリングレーダー）を
JAXA と共同開発しています。CPR は衛星搭載レーダーとしては世界初のドップラー観測機能を搭載し、雲の上昇・下降流といった鉛直速度の観測が期待されています。
これらの衛星搭載レーダーは、NASA（アメリカ航空宇宙局）や ESA（欧州宇宙機関）との国際的な共同計画によって実現されており、NICT は国際協調に長年貢献しつつ、世界をリードするような衛星搭載レーダー開発に携わってきました。

図 2.13 NICT における衛星レーダー開発の歩み（画像引用 https://www.satnavi.jaxa.jp/project/）24地球規模で様々な雲や降水をレーダー観測によって詳細に観測することで、それらの仕組みを理解し、将来の予測に役立てることが出来ます。例えば、身近な天気予報で用いられる数値「気象」モデルの雲や降水の取扱手法を改善することで短期予測精度が向上し、日々の天気予報だけでなく豪雨のような極端気象現象対策にも貢献できると期待されます。
IPCC 第 5 次報告書によれば、複数の数値「気候」モデルによる世界平均地上気温の上昇量の予測にはかなりばらつきがあり、その最大要因は数値モデル内の雲の取扱い手法にあります。雲の取扱い手法を改善し、長期予測精度を向上させることにより、気候変動適応策の早期立案に資することも可能です。
地球規模の水資源管理にもつながります。開発途上国での降水観測網の整備は不十分です。特に流域面積の大きい国際河川は水資源管理が必要で、国際問題にもなります。宇宙からの降水観測の利活用による水資源管理は、新たなインフラシステムを提供することに繋がります。これにより（広義の）安全保障の点で、国際協調に貢献することが出来ます。
人工衛星をはじめとする飛翔体からの降水観測は、人が生活していない陸域や海上で特に有用です。未来社会では、大きな災害を引き起こす可能性のある熱帯低気圧は衛星搭載気象レーダーによって常時監視されるようになるでしょう。地球全体にわたる雲・降水観測網
で、気候変化についても長期変動がモニターされるようになります。これまで取得されてこなかったような新しい大気の情報をリモートセンシングの技術で広域に、大量に、素早く収集し、気象・気候予測や気象気候の改変に役立てることにより、人類が末永く地球に住み続けられる未来を目指します。
【ビジョン実現に向けて】
雨雲内の上昇流の強さを予測することが豪雨予測に直結することが知られています。地
球規模で雲内の上昇流観測をすることで、地域毎の様々な雲内の上昇流分布の違いが明らかになり、雲の発生・発達・衰弱といったライフサイクルとその背景的要因とを結びつけることが出来ます。そして、雨を予測する数値気象モデルや将来の気候変化予測を行う気候モ
デルとの比較検証を行うことで、雲の成長過程を精緻化し、豪雨の予報精度改善や将来の気候変化予測の不確実性低減に大きく貢献することが期待されます。
豪雨をもたらすような雨雲内の鉛直速度観測が可能な衛星搭載降水レーダーは、原理的な難しさがありまだ実現されていません。雲や降水の鉛直速度や偏波情報、また衛星直下だ
けでなく進行方向と垂直な方向にスキャンできるような観測など、より多くの情報が得られる衛星搭載レーダーの実現を目指した技術開発を進めます。また、観測データを取得するだけでなく、そのデータの利活用（ユーザーに使いやすい情報への翻訳やサイバー空間への投影を介した情報提供、気象モデルに頼らない人工知能を用いた気象予測等）に必要な研究基盤の構築を進めます。このような取り組みを推進することで、気候変化によって激甚化す
る気象災害への対策に、あるいは気候変化そのものの対策に資する全球規模の雲・降水観測
情報を提供します。
25

新しいセンサー開発や衛星ミッションは、結果が出るまでの期間が長く、予算（研究費）も膨大で、NICT だけで実現することは不可能です。JAXA や現業機関である気象庁などとの連携は不可欠で、省庁間連携を含めた国策レベルの大きな流れが必要です。そのため、その時代背景によって予算や期間の制約を受けますが、必要とされるときに必要なものを出せる準備をしておかなければ、大きな流れに乗り遅れることになります。そのため、社会の移り変わりに注視しつつ、常にその技術を尖らせておく必要があります。衛星搭載センサー
は、地上設置型センサーで開発・確立された技術を使って実現されることが多いため、それらの最新動向を常に把握する必要があります。NASA がスペース X 社と連携しているように、民間との連携も必須になってくるでしょう。
【将来に向けて】
衛星ミッションは計画立案から実現に至るまで 10-20 年、そこから観測が始まって数年（衛星とレーダーの安定性次第では 10 年以上）と、１人ぶんのキャリアパス（30 年）に相当する時間がかかるため、長期的視点に立った計画立案が必要となります。その一方で、私たちの生活をとりまく環境は日々目まぐるしく変化します。計画立案の時点では重要な課題である問題が、計画実現の時点ではタイムラグが発生し、必然的に「遅れてやってきた衛星計画」になります。そのため、衛星ミッション実現に注力した一点突破的な研究開発ロー
ドマップは時代の変化に取り残されがちです。そこで、従来型のロードマップだけでなく、研究開発の迅速な進展やその成果の社会実装を見据えて、新たな視点をもった研究開発ロードマップも必要と考えます（図 2.14）。

図 2.14 衛星搭載気象レーダーの研究開発ロードマップのこれまでとこれから
26



小型衛星を用いた雲・降水レーダーの技術実証
従来の大型衛星ミッションでは、宇宙という特殊な環境を考慮して観測技術は成熟したものが好まれ、新規性の高い技術は不安要素として見送られる傾向にあります。その一方で小型衛星を用いると、相対的に短い開発期間、安価なコストで実現が可能なため、進歩的か
つ挑戦的な技術実証が可能になります。最近の小型衛星に関わる研究開発の発展はめざま
しく、これまでは大型衛星でしか成しえなかった観測が、機能を絞りつつも小型衛星から実現できる時代になりました。それらの動向に注視しつつ、社会問題の解決に貢献できるような観測システムの研究開発を行います。


小型飛翔体を用いた機動的な雲・降水観測網の構築
小型飛翔体（例えばドローン等）搭載の雲・降水レーダーを複数運用し、それらの機動性を活かして山岳域など洪水を引き起こしうる河川上流の雲・降水観測網を構築します。ダム
放水や流量予測に資する情報を逐次提供することが可能なレーダーシステムを目指します。

27

2.2

安心安全な宇宙利用社会のための宇宙天気予報

太陽活動を源として発生する宇宙環境の変動は、現在の高度化された社会においては、
航空運用・電力システム・衛星運用・通信・放送など、今や欠くことのできない社会イン
フラへ影響を及ぼし、時としてその安定利用に障害を引き起こすことがあります。宇宙環
境研究室では、私たちの社会の安心安全に資するため、このような宇宙環境の変動すなわち「宇宙天気」の現況を正確に把握し、予測する技術の研究開発に取り組んでいます（図2.15）。
宇宙天気の主要因である太陽から放出される X 線等の放射線や高エネルギー粒子に対して、地球は２つのバリアを持っています。一つは地球の大気であり、太陽からの放射線が地上に届くのを防いでいます。大気の最も宇宙に近い領域は放射線を防ぐ過程で「電離圏」と呼ばれる電気を帯びた気体（プラズマ）となっています。 もう一つは地球の持つ磁場であり、太陽からの高エネルギー粒子や「太陽風」と呼ばれるプラズマの流れから地球を守っています。しかしながら、大規模な太陽面爆発（太陽フレア）の発生時には、放射線や高エネルギー粒子が二つのバリアを超えて地球に影響を及ぼします。そのため、太陽の活動と二つのバリアの状態を監視・予報することが重要となります。

図 2.15 宇宙天気現象と社会への影響
28

宇宙天気の状態の把握では、電波や衛星等を利用した太陽活動、地磁気活動、電離圏変動の観測技術の高度化を進めるとともに、日本上空の宇宙環境を常時観測するための衛星搭載センサの開発に取り組んでいます。また、宇宙天気の予測では、数値モデルやデータ
同化、AI 等を利用した太陽圏、磁気圏・放射線帯、電離圏・大気圏の予測技術の研究開発に取り組んでいます。これらの観測・予測技術により得られた情報を利用し、宇宙天気の現況と予報を 24 時間 365 日休むことなく、ユーザーが分かりやすく利用しやすい情報として提供しています。

2.2.1

宇宙天気観測・予測技術【はじめに】
太陽フレアなどの発生により強い X 線等の放射線や、高密度・高速な太陽風、高エネル
ギー粒子が地球方向に放出された場合、私たちの社会活動や地球環境に大きな影響が及ぶことがあります。例えば、電離圏の乱れによる通信・測位の障害（図 2.16）、放射線帯電子や大気摩擦の増大による人工衛星の不具合、地磁気嵐の発生に伴う地上電力システムの図 2.16 電離圏における電波伝播等へ影響

29

障害による停電、太陽高エネルギー粒子による宇宙飛行士や極域ルートの航空機搭乗員の被ばくなどがあります。宇宙環境自体を人工的に変化させることは困難ですが、宇宙環境の正確な把握や予報が出来れば、こうした社会活動への影響を事前に予測し、障害を最低限に抑えることができます。そのために必要な宇宙環境の監視・予報の研究・技術開発を進めています。
近年になって人類の宇宙空間への進出が急速に進みつつあります。米国 NASA や日本の
JAXA をはじめ、各国の宇宙開発機関は、月や惑星などの太陽系天体に探査機を積極的に送り込んでおり、月・火星への有人探査ミッション計画も着実に進んでいます。また、商用有人宇宙飛行（宇宙旅行ビジネス）による著名人の宇宙飛行も実現しており、一般的な旅行として宇宙旅行が楽しめる時代が近い未来に感じられるようになってきました。自分自身が宇宙に行く代わりに、アバター（遠隔ロボット）を通じて宇宙の仕事に携わる人もひ

ご増えるかもしれません。しかしながら大気の 庇護 のない高高度領域や、地磁気に守られさらていない深宇宙では、太陽から放出される放射線や太陽風に直接 曝 されることになり、人体への影響はもちろんロボットや宇宙機への影響も発生することが懸念されます。今後、人類の活動の場が宇宙へと拡張されるにあたり、宇宙天気予報の必要性はますます高まると考えられます。
【ビジョン】
太陽活動には約 11 年の周期があり、ここ数年は太陽活動の低い極小期にあたり、来たる 2025-2026 年、太陽活動は次の極大期を迎えると考えられます。一方、現在の宇宙を利用した社会システムは近年において格段に高度な技術が発達し、例えば、ドローンや自動運転など GNSS 測位を利用する無人システムや複数の衛星を同時に運用するコンステレー
ション衛星システムなどが、社会で普及しつつあります。過去には大規模な太陽フレアの発生により、広域停電や通信障害などに至った宇宙天気災害が発生していますが、このよ
うな災害を引き起こしたものと同等レベルの太陽フレアが発生した場合、現在の社会シス
テムへの影響は未知数です。このような状況のもと、米国ではいち早く、戦略的国家危機評価の中で地震・津波・パンデミックなどと並ぶ対策すべき自然災害として宇宙天気が挙げられ、検討が進められています。
宇宙天気は自然現象であるため、その発生を止めることはできません。したがって、その発生と規模をより早く予測・把握し、適切な情報発信を行うことで、影響を最小限に止めることが最重要となってきます。激甚宇宙天気災害に備え、現在および近未来の社会シ
ステムの安心安全のため、宇宙天気予報の基盤となる現況把握及び予測技術の高度化が必要です。
以降では、これまでの NICT の取り組みに関して、（１）予測の基盤となる現況把握技
術、（２）数値モデル等による予測技術、及び（３）これらの技術とニーズ調査に基づき開発してきたサービス・アプリケーションについてご紹介します。
30

（１）予測の基盤となる現況把握技術

太陽電波観測・太陽風観測データ受信システム
1950 年代から平磯太陽観測施設において太陽電波の監視を実施してきました。そして、2014 年には、世界でも有数の観測周波数帯域と時間分解能を誇る新たな太陽電波望遠鏡を開発し山川電波観測施設に設置、太陽電波観測の拠点を平磯太陽観測施設から山川
電波観測施設に移転し、観測を継続しています。太陽電波の観測は、GPS 電波への混信や航空機レーダーへの干渉などの可能性が近年指摘されており、改めて観測の重要性が認識されています。また、太陽フレアを早期発見することができ、予報のリードタイムの延伸を図ることができます。一方で、太陽風観測は磁気圏への影響を推定するうえで必要不可欠なものです。現在は太陽―地球間にあるラグランジュ点に位置する DSCOVR 探査機による観測データが用いられ、精度の高い太陽風情報を取得しています。この DSCOVR 探査機による太陽風観測データを国際協力の下で 24 時間途切れることなくリアルタイムに受信し続けるため、小金井本部では太陽風観測データ受信専用大型パラボラアンテナを小金井本部に設置し、運用しています（図 2.17）。

図 2.17 太陽電波観測・太陽風観測データ受信システム


電離圏観測システム
イオノゾンデを用いた電離圏観測を 60 年以上継続して行っています。また、観測シス

テムの効率化や高機能化を進め、より正確な電離圏環境の観測を行い、遅延なくデータを収集する技術の研究開発を進めてきました。更に、国際協力のもと、これらの技術を南極や東南アジアなどの海外にも展開し、広域での電離圏観測を継続しています。イオノゾン31デによる観測に加えて、1990 年代からの GPS に代表される GNSS の発達により、国内外に展開される GNSS 受信機網データを活用した電離圏観測も行っています。GNSS 電離圏
観測は、従来の観測手法に比べて格段に多い観測点を利用することで電離圏の２次元マップによる観測が可能となり、これまで捉えられなかった電離圏嵐などの電離圏現象の全体像を捉えられています。また、長期間年蓄積してきた上記の電離圏観測データを用いた電離圏嵐指数の策定など、宇宙天気予報に必要な研究開発も進めています（図 2.18）。

図 2.18 電離圏観測システム：（左）イオノゾンデ、（右）GNSS 電離圏観測（２）数値モデル等による予測技術

太陽圏シミュレ－ション
太陽コロナから定常的に流出する太陽風と突発的に大量のコロナガスが放出される太陽嵐は、１～５日後に地球に到来し、宇宙天気じょう乱の要因となります。太陽表面の磁場の分布と太陽コロナの観測に基づいた数値シミュレー
ションを行い、太陽から地球へ伝搬する過程を推定することで地球への影響を予測しま

図 2.19 太陽圏シミュレーション（SUSANOO）による太陽嵐到来予測す（図 2.19）。NICT では、太32

陽コロナから地球公転軌道に至るまでを計算する太陽風予測モデルと、太陽コロナを経験
モデルで簡略化することで太陽嵐の影響を高速計算して予測するモデルの、２種類の太陽圏シミュレーションを開発・運用しています。


太陽フレア AI 予報モデル（Deep Flare Net）
太陽観測データ（太陽画像など）と深層学習手法を組み合わせた太陽フレア予報運用モ

デルを開発しました。太陽面上の特徴量の定量的な評価に基づいた自動予測を行い、従来の人手による予測精度を超える予報精度の達成に成功しました。2019 年４月から予報結果を Web 公開し、毎日の宇宙天気予報会議でも人が行う予報の参考に活用しています。


磁気圏シミュレーション
磁気圏モデルは、太陽風を入力として電離圏との相互作用を記述しながら、地球周辺から月軌道をも含む外部磁気圏の磁場・プラズマ環境を計算する物理モデルです。NICT における磁気圏モデルは、球面非構造格子による高度な計算格子システムに特徴があり、極めて強力な太陽風条件下でもシミュレーションが可能であるというロバスト性を誇っています。さらに、現実的な磁気圏シミュレーションを行うために、長年課題であった地球自転軸と磁軸のズレによる複雑なジオメトリ効果の導入等の改良を行ってきました。これにより、現実の磁気圏状態を決めている複雑な季節依存性や南北非対称性を含めた磁気圏計
算が可能となり、実際の太陽風データを用いたリアルタイムシミュレーションおよびそのデータを用いた衛星表面帯電リスク評価が可能となりました。


放射線帯予測モデル
静止軌道上の高エネルギー電子フラックスの変動予測モデルを開発し、2013 年より公開しています（図2.20）。さらに 2018 年以降は、ジオス
ペース探査衛星「あらせ」が観測する
宇宙天気データを利用することで予測領域を拡大し、放射線帯の中心部を含む中軌道の高エネルギー電子フラック
スの数日先の予測値も公開しています。また、人工衛星の機器障害の原因となる放射線帯電子フラックス強度分
布の予測モデル開発にも取り組んでい図 2.20 放射線帯予測モデルによるます。現在各国の大型衛星が投入され高エネルギー電子フラックスている静止軌道上の電子フラックスの（https://radi.nict.go.jp）

変動予測を実施しており、日々情報発信を行っています。
33



大気圏・電離圏結合モデル（GAIA）
全大気圏電離圏結合モデル GAIA（Ground-to-topside model of Atmosphere andIonosphere for Aeronomy）は、地上から超高層大気領域までを境界なく数値的に計算し、中性大気と電離大気との相互作用を読み解く物理モデルです。中間圏・熱圏・電離圏
領域の変動の再現と予測を目的に、九州大学および成蹊大学と共同により開発を進めています。GAIA はリアルタイムに運用されており、NICT で行っている宇宙天気予報の業務に利用しています。また、中間圏・熱圏・電離圏領域の研究のための基礎データとして国内外の研究機関へ長期計算データと派生データを提供しています。GAIA は観測が難しい超高層大気の中性大気の状態を算出することができるため、低軌道衛星等の大気摩擦の推定にも利用されています。
（３）サービス・アプリケーション太陽放射線被ばく警報システム（WASAVIES）
大規模な太陽フレアの発生時には、高エネルギーの放射線粒子が地球に降り注ぐことがあります。そのような場合には、高度10 - 20km 付近を飛行している航空機では
被ばく線量の増加が懸念されます。この被ばく線量をいち早く推定し警報を発するた
め、太陽放射線被ばく警報システム（WASAVIES）を開発しました（図図 2.21 WASAVIES による高度 12km に

2.21）。太陽放射線現象発生時には、航空おける現在の被ばく線量率マップ

運用への被ばくの影響を国際未完航空機関（https://wasavies.nict.go.jp）（ICAO）に提供する情報として
WASAVIES が利用されています。


衛星帯電リスク評価システム（SECURES）
磁気圏擾乱発生時には、高温プラズマ（keV 領域の放射線電子）が静止軌道および極域上空に流入し、人工衛星の表面帯電を引き起こします。また、放射線帯電子が増加することにより高エネルギーの電子数も増加し（～MeV）、衛星構体を通過し内部帯電と放電を引き起こすことがありま

図 2.22 磁気圏モデルと衛星モデルの連携す。こうした帯放電は衛星障害要因においによる衛星表面帯電評価システム（イメーて大きな割合を占めています。衛星帯電

ジ）
34

は、個々の衛星の位置や形状・材質により異なるため、磁気圏シミュレーションや放射線
帯シミュレーションから得られる環境データと衛星モデルを組み合わせて予測される帯電リスクを評価するスキーム「SECURES」を策定し、その研究開発に取り組んでいます（図 2.22）。


オーロラ予報宇宙天気予報研究の一環としてオー

ロラ自動予報システムを開発し、2012
年より Web サイト「オーロラ アラート」にて今後のオーロラ出現レベルの予報を公開しています。 2021 年から
は、高速計算機システムを用いた磁気圏シミュレーションに基づくオーロラ

図 2.23 磁気圏モデルによる出現予測マップの公開も始めています

オーロラ予測マップ（図 2.23）。


（https://aurora-alert.nict.go.jp）

電波伝搬シミュレータ（HF-START）
観測やモデルによる電離圏データに基づいた電波伝搬情報をより分かりやすくユーザーに利用してもらうため、
電波伝搬シミュレータ「HF-START」を開発し、2021 年より Web 公開を開始しました。リアルタイム GNSS 観測に基づいて、日本国内における任意の２地点間における短波帯電波伝搬のリ
アルタイム推定が可能なシステムです。また、数値モデルに基づく宇宙天
気情報を用いることで、地球上のあら図 2.24 電波伝搬シミュレータによる短波電波伝搬の可視化

ゆる 2 地点間における推定も可能です（https://hfstart.nict.go.jp）（図 2.24）。

宇宙環境の変動があっても、電波や宇宙を利用した社会インフラが影響を受けない未来像を目指します。衛星測位においては、電離圏観測および予報データを利用し、電離圏擾
乱が発生しても電離圏補正等を行うことで、センチメートルの精度を維持し、安定した測位精度の恩恵を受ける社会を目指します。通信・放送においては、電離圏擾乱を事前に予測し、障害発生前にユーザーが利用周波数や送受信局の変更等により影響を軽減あるいは回避して、安定な通信・放送を持続できる社会を目指します。衛星運用においては、衛星35

帯電リスク評価の対象を静止軌道から地球を取り囲む３次元全方位に拡張します。また、地球の超高層大気がもたらす低軌道衛星及びスペースデブリの軌道変化を精密に把握し、厳密な衝突リスクの管理を可能とすることで、多様な軌道およびコンステレーション時代の安心安全な衛星運用が実現する社会を目指します。宇宙旅行の普及や人類の月・火星進
出においては、太陽放射線被ばく推定の対象を、より過酷な宇宙環境下にある国際宇宙ス
テーション、月・火星等に拡張し、安心安全な宇宙活動が実現する社会を目指します。さらに、オーロラ予報をより長期の予報へと拡張し、宇宙旅行の普及発展へ貢献します。
宇宙環境の変動に影響されない社会インフラの構築によって、電波や宇宙を利用した技
術革新を先導し、「SDGs-9 産業と技術革新の基盤を作ろう」に貢献します。また、社会イ
ンフラを守ることを通して「SDGs-11 住み続けられる街づくりを」に貢献します。国境がない宇宙環境の観測や予報技術の研究開発には、国際協力による観測の広域化も必要です。イニシアティブを持ってアジア地域での観測網の充実を進め、「SDGs-17 パートナー
シップで目標を達成しよう」に貢献します。また、長期にわたる宇宙環境の観測や予報を今後も継続することで、長期間の気候変動とその影響評価にも利活用可能な情報を提供
し、「SDGs-13 気候変動に具体的な対策を」にも貢献します。
【ビジョン実現に向けて】
前述のとおり、宇宙天気災害は自然災害であり、発生自体を防ぐことは不可能ですが、社会インフラの障害のリスクを低減するため、リスクの評価と軽減のための利用・方策について、ユーザーとの具体的な対応策の検討を続けます。また同時に、以下のように（１）現況把握の強化、（２）予測技術の開発と高度化、（３）国際連携を進めて行きます。
（１）現況把握の強化


地上観測拠点の維持・強化
これまで技術開発を進めてきた太陽電波観測、太陽風観測衛星データ受信システム、地磁気観測、電離圏観測などを今後も安定的に運用するとともに、そのために必要な観測技
術の高度化を進めます（図 2.25）。また、国際・国内協力により、宇宙天気予報に必要なデータを確実に取得するとともに、電離圏観測網の高密度化・広域化を進めます。


観測拠点を宇宙にも展開
宇宙天気予報の重要性が高まっており、自律的な宇宙天気予報や我が国の人工衛星保全のさらなる強化にむけた取り組みが必要とされています。これまで主軸としていた地上観測の技術開発に加え、海外衛星データ頼りであった宇宙環境情報の取得を我が国主体で取得するため、我が国の次期静止衛星の搭載機器として静止軌道上で長期定常観測可能な宇宙放射線監視センサ・帯電量計測センサの開発を行い、自律的な宇宙天気予報および衛星運用事業者への情報配信の実現を目指します（図 2.26）。
36

図 2.25 地上観測ネットワーク

図 2.26 静止衛星からの宇宙環境情報取得（２）予測技術の開発と高度化


フレア発生予測モデル等の AI 予測技術の高度化
太陽フレアの発生機構は長年の謎であり、物理過程を解明することは予報精度向上にもつながる可能性があります。最新の説明可能な AI 技術を新たに用いながら、太陽フレア発生機構の解明と予測精度向上に取り組みます（図 2.27）。また、AI 予測技術を他の宇宙天気現象の予測（放射線帯電子、太陽高エネルギー粒子、地磁気じょう乱、電離圏じょう
37乱）に応用活用することで、従来の予測精度の向上を図り、予報運用システ
ムを構築します。


太陽圏モデル：コロナモデルの高度化、アンサンブル予測
太陽コロナから太陽風が加速され、惑星間空間へ流出する過程は未解明です。太陽風予測モデルでは、コロナ領域における加速・加熱過程および経験
モデルによる太陽風分布を改良する必要があります。また太陽嵐の予測モデ

図 2.27 Deep Flare Net によるルについても発生から伝搬に至る過程

太陽フレア AI 予報について観測から全て推定することは困難なため、複数ケースを同時にシミュレ－ションして確率分布として予測するアンサン
ブル予測の手法の開発に取り組んでいます。


磁気圏モデル：結合アルゴリズム革新
磁気圏シミュレーションではこれまで、地球自転軸と磁軸のズレによる複雑なジオメト

リ効果の導入など、現実的な磁気圏シミュレーションが可能となるよう改良を行ってきました。今後、極軌道衛星などの帯電評価も視野に入れるための極域上空の磁気圏-電離圏間の物理量、電力システムに影響を及ぼすオーロラ嵐などの磁気圏擾乱といった物理過程の再現性の向上を目指した開発に取り組みます。その一環として、磁気圏電離圏結合過程の刷新などに取り組んでいます。


地磁気予測モデル：新規開発
宇宙天気予報の中でも人の経験に依る部分が大きく予測が難しい日本上空の地磁気じょう乱予測について、客観的指標による精度向上を目指し、リアルタイム太陽風データを用いた地磁気予測モデルの新規開発に着手しています。


放射線帯予測：経験モデルから多次元物理モデルへ
これまで、人工衛星の機器障害の原因となる静止軌道上の電子フラックスの変動予測を実施しています。今後、超小型衛星を含めた多数の人工衛星が地球低軌道や中軌道上へ投入されることなどにより、静止軌道のみならず地球磁気圏全体を取り囲む放射線帯電子フラックス強度の把握に対する需要の高まりが期待されます。現在、放射線帯電子フラック
スの変動を担う主要な物理過程を統合し、地球磁気圏全体を取り囲む放射線帯電子フラッ
クス強度分布を予測するモデル開発を行っています。


大気圏・電離圏結合モデルの高度化
38

GAIA モデルに、超高層大気の変動の駆動源である太陽フレアや磁気圏の乱れを正確に入力し、地球の大気圏と電離圏の高精度かつ定量的な予測技術を高度化します。また、GAIA の性能を徹底的に把握・評価し、その出力の不確定さの原因となるパラメータや仮定を良く把握した上で、観測データと突き合わせて不確定の範囲を狭め（データ同化）、高い精度の予測及びその確度を導きます（図2.28）。これらのモデルを用いた予測技

図 2.28 GAIA モデル及びデータ

術をリアルタイムに運用するため、電離同化スキームの高度化

圏の観測データをリアルタイムで処理してモデルへ入力する技術や、スーパーコ

ンピュータを用いてモデルを高速に計算処理する技術等の研究開発も進めます。
（３）国際連携

データ標準化・基準策定
観測技術の効率的な国際協力のためには、データフォーマットの標準化や基準策定が鍵になります。NICT では、これまでに GNSS を用いた電離圏情報のデータフォーマットの標準化や新しい電離圏嵐の基準策定などの活動に取り組んできました。今後、標準化されたデータを作成するためのツール作成やデータの共有を進めることで、更に国際協力による観測網の拡大を促進することができます。


電離圏・宇宙天気に関する世界資料センター
NICT により長年にわたり観測されたデータや宇宙天気予報に関わる資料等は、電離圏・宇宙天気に関する世界資料センター（WDC for Ionosphere and Space Weather）においてデータ公開されています。これらのデータは、多くの公共機関、研究機関、大学等
で宇宙環境に関わる研究開発や教育等に利用されています。引き続き、国際連携による宇宙環境の研究開発等に資するため、継続した観測データの取得や過去の宇宙天気予報情報のデジタル化を進めていきます。


アジア・オセアニア宇宙天気連合（AOSWA）
宇宙天気は広域もしくは地球全体にわたる現象のため、国際協力が重要になります。日

本と経度が近い東南アジア地域との連携は極めて重要です。2010 年に関係国の協力のもと Asia Oceania Space Weather Alliance （AOSWA）が設立され、NICT は事務局を運営するなど、その中核を担ってきました。引き続き、AOSWA の活動に貢献するとともに、
アジア・オセアニア域における宇宙天気関連の取組の連携を進めていきます。
39

【将来に向けて】
宇宙インフラの活用がさらに発展し、宇宙空間そのものが社会生活の場となる未来社会
では、宇宙天気の影響を受ける度合いが深刻化するため、宇宙天気予報に応じた対策をとることが必須になります。例えば、Beyond 5G 時代に不可欠な通信衛星メガコンステレー
ションなど多く衛星が様々な高度で運用されるようになると、より正確で安全な衛星運用が求められます。放射線帯での衛星帯電リスクや大気摩擦による衛星軌道の変化への対応が必要です。超音速旅客機や民間宇宙機などの交通手段の発達や宇宙旅行が実現されると、通常の航空機よりも高高度を飛行することで被ばく量が多くなるため、移動期間中に発生し得る太陽高エネルギー粒子現象の発生とともに、エネルギーごとの総量についても正確な長期予測が必要になります。地上においては、交通・輸送・農業・建設等様々な分
野で自動運転の車やドローンが普及していく中、安定した高精度衛星測位のために電離圏変動の予報は不可欠になります。このような社会的なニーズに応えるために、現在の気象情報のような位置づけで、日常的に宇宙天気情報も使われるような未来像を目指します。
そして、宇宙天気現象に対して、より長期間でより正確、より広範囲の宇宙天気予報の実現に向けた取組を進めていきます。

2.2.2 宇宙天気予報業務【はじめに】NICT では、宇宙天気予報センターにおいて 24 時間 365 日毎日休むことなく宇宙天気予報を発信するとともに、大規模な宇宙天気現象、特に地球や社会インフラに大きな影響を与える可能性のある現象が発生した際に、臨時情報を発信しています（図 2.29）。前章でも触れたように、近年の高度な情報社会において、人間社会は非常に便利になったと同時に、様々な自然現象に対して非常に脆弱になってきています。無線通信障害や衛星測位誤
差増大、宇宙放射線被ばくなど、様々な宇宙天気災害に対して、事前に予報、警報を発信
し注意喚起を行い、災害の低減に資することが宇宙天気予報業務の責務です。宇宙天気は、太陽から地球まで幅広い自然現象を扱います。これらの専門家がそろっている国内唯一の現業機関として、NICT は宇宙天気予報業務を進めています。
【ビジョン】
我が国では 2017 年９月の大規模太陽フレアによる、GPS 測位誤差の増大などの事例を受けて、国家レベルで宇宙天気予報の重要性が認識されました。また、民間航空機の運航への利用など、宇宙天気情報の実用化が進み始めています。NICT は、2019 年に立ち上げられた国際民間航空機関（ICAO）のグローバル宇宙天気センターのメンバー組織となり、40

太陽活動に伴う放射線被ばく量、電離圏擾乱に伴う通信や衛星測位への影響等、宇宙天気情報の提供を開始しています（図 2.30）。NICT では、1950 年代初めごろから、電離圏変動に起因する短波通信障害を事前に察知して利用者に伝える電波警報業務を行ってきました。この業務は 1988 年より太陽や磁気圏の活動を含む宇宙天気予報業務に発展し、宇宙
天気情報を定常的に発信する業務として実施されています。2019 年の電波法改正により、太陽フレアの監視が電波利用料業務として認められ、総務省の業務として位置づけら

図 2.29 宇宙天気予報センター

図 2.30 ICAO グローバル宇宙天気センターによる宇宙天気情報の提供
41

れました。これにより、宇宙天気予報業務の 24 時間運用が開始されるとともに、NICT 未
来 ICT 研究所（神戸市）内への宇宙天気予報センター副局の設置や、電離圏定常観測装置の冗長化など、予報業務のロバスト化が進められました。
今後、航空機、自動車、鉄道等の交通網の無人運転化やドローンによる物流サービスなどが普及していく方向であり、高精度衛星測位への依存が高まると予想されます。安定した高精度衛星測位サービスにおいて、電離圏擾乱は大きなリスクとなり得ます。宇宙天気情報を用いた電離圏補正技術により、電離圏擾乱時にも正確な測位精度を維持することで、これらの先進物流・人流手段を支えることができます。また、民間企業を中心とした宇宙旅行が今後本格化するなかで、宇宙放射線による乗員の被ばくや宇宙機の測位・通信などに影響を与える宇宙天気情報はますますその重要度を増すものと考えられます。このようなニーズに応え、手軽で安心・安全な宇宙旅行の実現に寄与します。
【ビジョン実現に向けて】
宇宙天気予報に関連した業務（定常観測、データ解析、情報発信、システム整備、法整
備等）を包括的に行う組織など、国の機関として宇宙天気予報を安定的に実施する体制の充実を図ることを目標とします。また、宇宙天気情報の教育・普及を進め、利用者の理解促進を図っていきます。例えば、気象予報士ならぬ宇宙天気予報士のような資格制度を制定し、自ら宇宙天気情報の内容や利用方法などを理解して利用目的に適している情報を取捨選択できるような人材を育成することなども考えられます。完全無人の交通網やお手頃な宇宙旅行が実現するまでに、適切な組織・体制のもと宇宙天気予報業務が実施され、民間企業等において宇宙天気予報士が活躍する社会を目指します。
そのため、まずは現在行っている宇宙天気予報の内容を再検討していきます。例えば、現在の予報は YES/NO の決定論的予報ですが、気象予報で一般的な確率を伴った予報に変
えていきます。また、宇宙天気予報業務の基盤となる定常観測は、科学目的の観測とは異なり欠測がない状態での運用が求められるため、現在運用している太陽電波や電離圏、地磁気等の定常観測システムの持続性・可用性・維持可能性の向上を図っていきます。さらに、地上からの観測では困難な宇宙環境データを取得するため、他機関と協力して人工衛星に宇宙環境センサを開発して搭載するための取組を進めるとともに、宇宙天気予報業務として、この衛星観測データを用いた既存のサービスの高度化や新たなサービスの提供に向けた検討を進めていきます。
人材育成の面においては、宇宙天気予報に関して広く全分野の知識を持ち、自ら宇宙天
気予報業務を実施できる、いわゆる宇宙天気予報業務のジェネラリストの育成を行います。一方で、宇宙天気予報は個々の分野の高度な専門知識を必要とすることから、高度な専門知識を有し専門分野に特化した高度な宇宙天気予報業務を実施することができる、いわゆる宇宙天気予報のスペシャリストの育成も行います。さらに、宇宙天気情報の教育・42

普及を進め利用者の理解促進を図るとともに、宇宙天気予報士のような資格を持つ人材が業務として宇宙天気情報発信ができるような制度を検討していきます。
【将来に向けて】
近い将来、人類は完全に無人運転化された交通網を利用した社会を作り上げていき、さらに、地上を離れて宇宙へと活動の場を広げていくでしょう。これらの無人運転交通網を安全に利用するためには、高精度衛星測位や無線通信等を安定して利用することが必要になります。また、宇宙での生活を安心して快適に過ごすためには、宇宙放射線による被ば
く等の健康障害を低減していくことが必須です。さらに、宇宙での社会インフラを構築するためには、様々な宇宙機を打上げ、運用し、情報の取得や送受信をすることが必要となります。そのためには、宇宙機の帯放電や宇宙放射線による誤動作などの懸念がない宇宙機の安定運用が不可欠です。宇宙天気予報はこうした完全無人運転化された交通網や手軽な宇宙旅行、快適な宇宙生活に大きく貢献します。このような社会が実現するころには、
現在の天気予報と同じように、宇宙天気予報が社会生活に溶け込み当たり前のように利用されることを目指し、宇宙天気予報業務は発展を遂げていきます。

43

2.3

高度情報化社会を支える電磁環境を維持・改善するために

電磁環境分野では、高度化した通信機器と電気電子機器の相互運用や新たな無線システ
ム等を安全・安心に利用する際の電磁的両立性（図 2.31）を確保することが求められています。

図 2.31 電磁的両立性（EMC）の様々な課題のイメージ
近年の高度に電化・情報化された社会生活環境の中では様々な電磁環境の問題があります。特に、最近の家電製品では省エネ性能を向上させていますが、一方で省エネ家電からの電磁雑音が周辺の無線通信機器の通信に干渉を及ぼすことが問題となっています。電磁雑音をできるだけ低減させようとするとそれだけ製造コストがかかる（または省エネ性能が低下する）ことから、電気電子機器からの電磁雑音レベルと無線通信機器の耐電磁干渉レベ
ルについて正確なデータを取得・蓄積し、中立公正な立場から合理的な電磁雑音の許容レベ
ルや無線システムの技術的要件を定める必要があります。また、5G 等の最新技術を用いた無線通信に対する電磁雑音の干渉メカニズムはより複雑化しており十分には解明されていません。加えて、最近普及が進んでいるスマホ等の非接触充電（ワイヤレス電力伝送；WPT）
装置はこれまでとは全く異なるタイプの電磁雑音源として注目されています。このため、技術発展に伴う様々な与干渉（電気電子機器）
・被干渉（通信・放送）の対象に対しても、適44切に電磁干渉を評価・防護するための技術開発も求められています。2.3.1 節でこれらの課題についてのミッションを述べていきます。
電磁環境の重要な問題の一つに電波への人体ばく露の安全性が挙げられます。電波への人体ばく露の安全性を適切に維持・管理するためには、電波への人体ばく露の許容値を策定
し、市販される様々な電波利用機器がばく露許容値を満足していることを確認する手法を確立する必要があります。現在、普及が本格化している 5G システムや今後普及が見込まれ
る WPT や IoT デバイス、更には 2030 年頃の導入が見込まれている Beyond 5G/6G システ
ム等を対象とした人体ばく露許容値や適合性確認方法に関する研究開発が求められています。2.3.2 節でこれらの課題についてのミッションを述べていきます。
電波への人体ばく露の安全性に関するもう一つの課題として、5G 導入などの電波利用の大きな変化に対して、電波への人体ばく露の安全性に関する不安が払しょくされず、時に大きな社会問題となっていることが挙げられます。一方で、我が国では生活環境中で実際にどの程度の電波に曝されているかについての客観的なデータが不足しており、このような不安に対して適切な情報提供を行うことができていませんでした。今後、更に電波利用は多岐にわたることが見込まれることから、電波利用技術の進展に伴い、電波への人体ばく露の実態がどのように変遷していくかを大規模かつ網羅的にデータ取得することが求められます。
2.3.3 節ではこの課題についてのミッションを述べていきます。
上述してきたように、現在そして今後も様々な無線通信機器が利用されていきますが、これらの無線通信機器の性能を維持管理していくことが求められます。このために、無線通信
機器の性能を試験・点検するための測定器の性能も維持管理することが必要になります。
2.3.4 節ではこの課題についてのミッションを述べていきます。
これらのミッションを通じて、電波を国民共有の財産として公平に利用することを可能とし、社会インフラ化した無線システムを安全かつ安心して利用することで、ワイヤレス社
会の進歩を促進し、Society 5.0 で目指すより高度化した社会を実現することを目指します。

2.3.1

複雑な電磁環境における電気電子機器と通信・放送システムの円滑な相互運用に向けて【はじめに】
近年のテクノロジー発展がもたらした便利で快適な生活においては、同じ建物の中や狭い空間で、多数の電子電気機器が同時に使用される機会が増加しています。また、省エネル
ギー化の必要性が高まり、太陽光発電システム等の世帯普及が進みました。電気エネルギーを利用するこれらの機器からは、意図しない電磁雑音が漏洩し、周囲の無線通信・放送に電45

磁干渉を与える恐れがあります。このような干渉を未然に防ぐために、電磁雑音のレベルに対してはある一定の許容値が設けられています。しかし、これらは個別の機器に対して課せられるものであり、多数の機器が同時に使用される状況が想定されていません。そこで電磁環境研究室は、複数の電子電気機器が発する電磁雑音の重畳性について、その発生・伝搬機構を検討し、それらが周囲の無線通信へ与える影響を評価する方法の確立を目指した研究に取り組んでいます（図 2.32）。

図 2.32

LED 電球から発生する電磁雑音の測定の様子【ビジョン】
電磁干渉を与える側（与干渉側）である電子電気機器においては、より一層の省エネルギ
ー化や高機能化のためにパワーエレクトロニクスを用いたコンバータ回路が採用されることが多く、広帯域パルス性雑音の発生原因となっています。これらの機器が多数使用された
場合に、電磁雑音がどのように重ね合わせられて伝搬していくのか、様々な利用シーンを想定した上で明らかにしなければなりません。また電磁干渉を受ける側（被干渉側）でも、大容量・低遅延・多接続のサービスを実現するための高度化された技術が使用されるとともに、電波利用の高周波化・広帯域化が進み、それらに対する電磁干渉のメカニズムはより複雑化していると考えられます。これらの検討は異なる産業界の利害に関わるものであることから、中立な立場からのデータ取得・検討が求められます。電磁環境研究室では、与干渉側・被干渉側に対する中立的立場から科学的かつ技術的な検討を行い、実験検証や測定データを取得し、適切な電磁環境の維持のための国内外技術基準の策定に取り組みます。研究開発の出力結果は、科学的根拠に基づき技術的に優れているといったところに留まらず、脱炭素化に向けた電気電子機器製造業界の取組を促進し、産業界の利益や技術発展を阻害しない
ために電磁雑音の過度な規制を避けつつも、通信サービスを安定して利用できるものでなければなりません。

46

【ビジョン実現に向けて】
電源線を共通にして多数接続・同時使用される電子電気機器における電磁雑音発生・伝搬のメカニズムについて、理論検討、数値シミュレーション、実験を合わせて，5G 等の無線通信端末への電磁干渉において支配的となる電磁雑音のパラメータの評価法を構築します。
また、多数の世帯に普及する電子電気機器の電磁雑音が無線通信端末へ与える干渉の評価法に利用できる確率モデルを確立します。
さらに、上記の知見に基づいて、適切な電磁環境の維持構築のための規格策定を主導することにより、電波利用について安心安全かつコストを抑えた利便性の高い製品やサービスを享受できる社会を構築します。
【将来に向けて】
今後のテクノロジー発展による与干渉側（電子電気機器）の構造の変化、被干渉側（通信・放送）の高度化，そして生活様式の変化に対して、適切な電磁環境を常に維持構築するために、電磁雑音評価技術を産業界へ展開する源となるべく研究開発を行います。さらには、電磁干渉が発生しないように電磁雑音を規制するといった現在の考え方から、電磁干渉そのものを積極的に解消するといったフェーズへの移行を目指します。例えば、電磁雑音と無線通信のパラメータを自律的に制御する技術開発への発展等が考えられます。さらなる将来
では、電磁雑音を活用する研究開発へと繋げ、電磁環境設計を専門とする建築設計士やスマートハウスコーディネータが電磁雑音を価値あるソースとして利用し、電磁環境をデザインすることのできる時代の到来を研究開発のゴールとして進みます。

2.3.2

Beyond 5G/6G 等の新たな無線システムに対応した電波ばく露評価技術【はじめに】
最新の携帯無線端末および基地局に対応した電波防護指針の適合性評価方法の妥当性の検証や新たな電波利用システムに対するばく露評価技術の開発を進めています。また、現在、世界的に開発競争が激化している Beyond 5G/6G での利用が想定されているテラヘルツ波
を安心安全に利用するためには、現在 300GHz まで策定されている電波防護指針の周波数範囲の拡張が必要不可欠であり、そのためには 300GHz を超えるテラヘルツ帯までの人体の電波ばく露量特性を詳細に明らかにする必要があります。また、我が国で利用される
Beyond 5G/6G の無線設備が電波防護指針に適合していることを高い信頼性で確認するための評価技術の確立も必要です。この評価技術は無線設備製造開発のコストの観点や国際整合性確保の観点から簡便性と再現性に優れていることも求められます。

47

このように電波利用の超高周波帯への拡張や電波利用の多様化に対応した安全・安心な
電波利用環境を整備するために、公平中立な研究機関である NICT によるばく露評価データとそれらのデータを取得するための技術開発が必要です。また、国際的な整合性を確保するための標準化も必要です。このため、NICT では、電波防護指針の改定・拡張や適合性評価に関する国際規格策定等の検討に必要なばく露評価技術に関する研究開発とばく露評価データを取得し、これらの標準化活動等への寄与を行っています。
【ビジョン】
無線通信端末は利用周波数、通信方式が増加しており、最新の無線通信端末に対して、人体への電波ばく露量を簡便かつ高い再現性で評価し、電波防護指針の適合性を確認する手法が必要です。また、Beyond 5G/6G での電波利用が想定されている 300GHz を超える周波数領域での電波への人体ばく露量の評価方法を確立し、電波防護指針の根拠となる信頼性の高い人体のばく露量特性を明らかにし、次世代の移動通信システム（Beyond 5G/6G）に対応した電波利用環境の整備（電波防護指針の拡張とその適合性評価方法の策定）も急務です。特に、THz 帯で国家標準にトレーサブルな高精度測定装置が存在していないこと等が課題として挙げられます。また、倫理的な問題から実際の人体を用いた測定等による研究開発は困難であることから、電磁界解析シミュレーションを中心とした研究開発が必要となります。
これらの課題に取り組むため、NICT では公平中立な立ち位置で、超高周波帯までの人体の電波へのばく露特性について研究を進め、データを蓄積していきます。特に、国家標準に
トレーサブルな高精度測定に関しては無線設備の機器の較正業務と連携して研究開発を進めています。また、数値人体モデルの開発とそれを用いた大規模数値シミュレーションと国
内唯一の電波ばく露評価専用実験施設（専用電波暗室やシールドルームに設置された人体
ばく露量測定システム）により、国内随一、国際的にも最先端の研究開発を実施してきています。
【ビジョン実現に向けて】
電波ばく露量の正確な評価に必要な４つの柱の基礎基盤研究を促進し、超高周波帯までの評価が可能となる基礎基盤技術を確立することを目指します（図 2.33）。そして最終的には、これらの基礎基盤技術に基づく生体電磁環境に関する研究活動が我が国の安全・安心な
電波利用環境の維持に不可欠です。NICT では電波ばく露の正確な把握に必要不可欠な基礎基盤研究技術に基づいて新たな無線システムに対応したばく露評価技術開発、人体に対する電波ばく露特性の解明、さらに電波防護指針の拡張および最新の無線通信技術に対応した適合性評価手法の実現に向けた研究開発を進めることで我が国の安全・安心な電波利用環境の維持に貢献します（図 2.34）。なお、総務省等で実施している電波のリスク評価のための医学・生物研究とも連携し、これらの研究に必要なばく露装置開発・ばく露評価にも協力していきます。併せて、下記の項目についても取り組みます。

48



今後、さらに無線通信技術の進歩や電波利用の多様化が進むなか、そのような新しい技術に対応した電波防護指針の適合性評価方法の妥当性の検証や新たな電波利用システムに対するばく露評価技術に関する研究成果を総務省と密に連携しながら電波行政に反映し、我が国の安全・安心な電波利用環境の維持に貢献します。

人体が電磁界にさらされた際に生じる生体作用を正確に評価するための基礎基盤研究技術開発

電波ばく露装置等の研究開発

電磁界シミュレーション
技術およびばく露量
計測技術の研究開発

電波ばく露量の正確な評価人体組織・材料等の物性値等の測定技術の研究開発および
データ整備

数値人体モデルや物理ファントム等の高精度化に関する
研究開発

図 2.33 電波ばく露評価に必要な 4 つの基礎基盤研究

電波ばく露量の正確な把握に必要不可欠な基礎基盤研究技術開発（大学や研究機関との共同研
究含む）
電波のリスク評価のための医学・生物研究のためのばく露装置開発・ばく露評価

新たな無線システムに対応
したばく露評価技術の開発

電波防護指針の適合性評価方法の開発・改良

電波の健康リスク閾値の同定

ばく露特性の解明

適合性評価手法の確立(国際標準化活動(ITU・IEC等))

電波防護指針とその適合性評価方法の策定・改定・拡張

国内規制の導入・改訂

我が国の安全・安心な電波利用環境の維持

図 2.34 電波ばく露評価に関する研究開発課題と安全・安心な電波利用環境の構築

49



NICT の生体 EMC に関連する技術、成果を社会に役立たせることも必要です。例
えば、NICT は、長波からテラヘルツ帯までの電波ばく露特性を高精度に推定、評価できる技術を有した国内外でも数少ない研究機関です。この技術を安全・安心な
電波利用環境の維持への貢献だけでなく、人体と電波の様々な相互作用を応用した電波の医療応用へ積極的に貢献し、検査や治療に活用される先端医用機器の研究開発にも注力していきます。



次の世代の人材育成。人手不足が今後益々深刻化する中、選ぶ側から選ばれる側になることも重要です。電波ばく露評価を専門とする優秀な人材の確保・育成には、若手にとって魅力ある研究テーマの設定、研究に集中できる環境整備、ワークライ
フバランスに配慮した勤務条件の実現などに注力する必要があります。

【将来に向けて】
将来、電波利用の超高周波数帯への拡張や高機能な通信方式の導入に伴い、通信速度、接続の安定性が飛躍的に向上すると予想され、仮想現実と現実空間の融合した社会の実現、自然災害の発生時には被災状況の把握の改善や、人命救助活動、遠隔医療・遠隔診療等に対して、これまで以上に電波が活用される時代が到来するでしょう。このような未来を実現する
ために、NICT では、長波からテラヘルツ波に対する人体ばく露量を高精度に評価するための基礎基盤技術（高精度な数値人体モデル、人体組織の電気定数、実験的なばく露評価手法、
数値シミュレーション手法）の研究開発等を国際的に主導し、引き続き国内外の安全・安心
な電波利用環境の維持に貢献していきます。また、現在の電波防護指針と適合性確認による電波防護に対して、より柔軟な電波防護を実現し、電波をより一層有効活用することを可能とすることを見据え、新しい電波防護手法についての検討課題も探っていきます。

2.3.3

電波ばく露レベルモニタリングデータの取得・蓄積・活用【はじめに】
日常生活における電波環境を網羅的に明確にすることで、人体への電波ばく露量を明らかにし、電波利用の発展と拡大にともなうリスクの可能性について、適切なリスクコミュニ
ケーションの在り方を示すことが求められています。このためのデータの取得・蓄積・保存を長期的に継続する方法を示すとともに、調査結果をリスクコミュニケーションや疫学研究のためのばく露評価に活用する取り組みを開始しています。これらを達成するためには、
従来の無線通信だけでなく 5G, WPT, IoT 等の新たな電波利用に伴う電波ばく露レベルに関して信頼性の高いモニタリングデータが必要となります。

50

【ビジョン】
電波利用は多岐にわたり、それぞれの技術が急速に発展しています。また、技術の変化に加え、利用形態も変化しています。従来の携帯電話に使用されている高周波数帯に加え、IH
や EV 用 WPT などに使用される中間周波数帯、Beyond 5G/6G などの超高周波数帯と様々な周波数帯の電波利用が拡大しています。また、特に実環境での無線通信では電力などを時間・空間などで適応的な制御を行っているのに対し、電波防護指針への適合確認では出力を最大にする等の最悪条件を想定した評価が行われており、実際の電波ばく露レベルについての客観的な情報がほとんど存在していませんでした。また、継続的に新しい無線システムの開発・普及が想定されており、今後も大きく電波利用の状況が変化することが見込まれています。そこで下記の目的に関する検討が必要となっています。


日常生活における電波環境を網羅的に明確にする



データの取得・蓄積・保存を長期的に継続する方法を示す【ビジョン実現に向けて】
電波防護に関するリスクコミュニケーションや疫学調査に利用可能な信頼性の高いデー
タを提供するために、中立的な研究機関としてデータの取得・蓄積・分析を行います。さらに、取得・蓄積したデータを長期に渡り管理・運用します。そのために具体的には下記の課
題に取り組みます。


電波ばく露レベルモニタリングデータの取得・蓄積・分析技術の構築（図 2.35）



電波ばく露に関するリスクコミュニケーション手法



データの公開図 2.35 電波ばく露モニタリングデータの取得。
屋外での定点観測（左図）。電測車による走行測定（右図）。
【将来に向けて】
身の周りのさまざまな無線機器から電波ばく露の情報を具体的に提供できるようになり、身の周りの電波に対する理解を助け、例えば今後行われる疫学研究の信頼性向上などに寄与できることを目指します。また、国際的な取り組みとの連携により諸外国の取り組みと歩51

調を合わせた取り組みを行い、ITU などで議論されている電波ばく露レベルモニタリング手法に関する国際標準に積極的に寄与していきます。これらの取組を通じて、様々な無線機器の開発普及を円滑に促進します。また、取得したデータを電波防護の目的だけでなく、国内唯一の大規模電波環境ビッグデータとして公開することで、様々な分野で活用されるようにしていきます。

2.3.4.

無線用測定器等の較正サービス【はじめに】
電波を発射するための免許を受けるには、無線機から発射する電波の強さ（空中線電力）に加えて、発射する電波の周波数の偏差を始めとする「電波の質」を測定し、技術基準を満たすことを明らかになければなりません。その測定には、NICT が維持・管理する標準器と同等の結果を示す測定器を用いる必要があります。NICT では、指定較正機関や登録証明機
関、その他、免許の新規申請・更新申請を予定している方々からお預かりした周波数標準器
や高周波電力計などを、NICT が維持・管理する標準器と比べて、その差を明らかにする較正サービスを提供しています。これにより、公平・公正な試験の実現や、能率的な電波利用、
電波環境の維持に貢献しています。また、周波数標準器については、国家標準器と直接比較した結果を明らかにするサービスも提供しています。

図 2.36 較正装置52

【ビジョン】
電波は、いまや社会生活に不可欠なもの（社会インフラ）となりました。スマートホンや
無線 LAN を含む全ての利用者が免許された周波数や強さの範囲内で使わなければ、混信・妨害を起こすなど電波環境が損なわれてしまいます。電波の周波数や強さは、測定して初めて分かる量ですから、使用する測定器を較正するサービスは、我が国において電波を利用するにあたり、極めて重要な役割を担っています。そこで、現在、NICT では、電波法で定められた我が国最上位の較正機関として、総務省から指定された較正機関が用いる測定器・標準器に対して較正サービスを提供しています。また、特に高い精度を要求する企業への周波数標準器の較正サービス、指定較正機関が扱わない 110 GHz～330 GHz の周波数の電波を測定するための電力計の較正サービスなどを提供しています。
今後も、将来の電波利用を見据えた研究開発も実施し、較正サービスの提供を進めていく
計画を立てていますが、第 5 期中長期計画では、とくに、自律ロボットや自動運転に不可欠なセンサーやレーダーから発せられる電波の時間波形を精密に計測するためのオシロスコ
ープや、障害物の検出漏れを防ぐために必要な円偏波アンテナを較正する技術など、現在、
NICT が取組んでいる次世代無線通信システム（Beyond 5G/6G）及びそれ以降の通信シス
テムにおいて利用されるテラヘルツ帯の電波を較正する技術に関する研究開発を進めていきます。後者は、テラヘルツ周波数計測システムとテラヘルツ周波数伝送法と包括的に実施していく計画であり、国際的なデファクト・スタンダードを確立できる可能性がある研究開発です。
無線免許制度を活かして、電波を効率よく利用し、良好な電波環境を維持するために、既存の較正サービスを着実に実施すると共に、次の社会ニーズを的確に捕らえ、積極的に研究開発を実施していきます。

図 2.37 円偏波ホーンの較正（275～325GHz）
53

また、較正サービスが必要とされる範囲は、現実空間だけにとどまりません。現実空間に存在するモノ・コトを、サイバー空間で再現するデジタルツインやメタバースを実現するた
めには、現実空間において測定したデータを、サイバー空間へ正しく入力する必要がありますが、例えば、物質の電気的特性を、その妥当性を検証せずに勝手に入力していたら、いず
れデータ間に齟齬が生じ、サイバー空間が機能しなくなる恐れがあります。そこで、サイバー空間に入力されるデータの妥当性を検証し認証するサービスや、サイバー空間における物理標準・計量標準を提供する較正サービス、現実空間における較正サービスで培われた精密計測技術によって得られた正しいデータをサイバー空間へ入力するサービスを提供することが考えられ、サイバー空間の実現や安定的な運用にも大きく貢献することが考えられます。

【将来に向けて】
較正サービス自体の手法としては、インターネット技術を活用した次世代型の較正サー
ビスが、世界の幾つかの計量標準機関において検討され始めており、早晩、実用化される可能性があります。もし、較正結果を証明する書類の電子化・ペーパーレス化が実現すれば、商取引、貿易に必要な手続きは簡便になります。また、周波数の較正については、いつでも較正サービスを受けられる遠隔較正サービスが、いままで以上に活用されるようになり、世界中の生産現場において、常に較正された測定器を使って、高精度な測定が行えるようになることが予想されます。グローバル化が進んだ社会のニーズを満たすためには、我が国の法律にのみ適合した較正サービスを提供するだけでなく、国際的にも適合したサービスを提供していく必要があることから、引き続き、国際相互認証を可能とする較正・試験機関に関する国際規格（ISO/IEC17025）を満足するサービスを提供していきます。

54

2.4

社会基盤としての高精度時刻周波数標準の発生と供給【はじめに】
高度な科学技術の上に成り立っている現代社会においては時刻や周波数の基準を社会が共有していることが必須です。これによって、交通機関の運行、高速電子商取引、通信、放送、等の様々な技術の実社会での利用が成立します。原子時計の出現は SF の世界で語られたような周回衛星による測位（1980 年代初頭に実現した GPS 測位）を現実のものとし、インターネットと共に劇的な生産性向上を社会にもたらしました。
米国 GPS の実現により、時刻周波数基準を全世界で厳密に比較計測・共有することが可能になりました。国際度量衡局が「秒の定義」に基づき時間・周波数の国際標準として公表
する国際原子時は、世界中から定常的に提供される原子時計群のデータから確定されており、そこにうるう秒調整を付加したものが世界の標準時である協定世界時（UTC）です。時
刻・周波数の標準機関においては国内ユーザーへの UTC に準拠した時刻の供給が重要なミッションの一つです。NICT は機構法において周波数標準値の設定、標準電波の発射、及び標準時の通報の 3 つを行うことが規定されており、図 2.38 に示す多様な手法で遂行しています。また、同時に国際度量衡局への原子時計のデータ拠出や UTC の歩度評価等の国際貢献も期待されています。

図 2.38 多様なサービスによる日本標準時の供給
55国際原子時の構築には、15 桁を超える精度を高い信頼性で安定に継続して維持できる原子時計が求められます。原子時計は振り子に過ぎず、その高い性能を実際に利用するためには、その精度を常時安定に維持し、さらにカウンタを付けて時計としたり、またその周波数
もしくは時間の精度を遠隔地に劣化させずに伝送・供給してより多くの人が利用できるよ
うにする技術も併せて求められます。
このように国際標準・国家標準として究極の性能が求められる一方で、周波数標準技術においては、様々な利活用ニーズに応じられる進化も必要となります。とりわけ、次世代の無線通信インフラと言われる Beyond 5G / 6G においては「いつでも」「どこでも」「だれでも」必要に応じた精度とコストで時刻を共有することが求められ、またそこから空間的な位置も把握出来る、時空間同期インフラを整備することが期待されています。そのためには、
原子時計のサイズ・コストダウンや、時刻・基準周波数の自律・分散供給技術が必要となります。
基礎科学の観点からは周波数標準技術の進展は、従来ノイズに埋もれていた、重力環境の違いによる相対論的な時の流れの変化をも検出可能とし、これまで不可能だった重力ポテ
ンシャルを直接検出するセンサとして、地中奥深くの断層やプレートの変化を検出する手段としての利用が期待されています。また原子時計のセンサとしての新機能により、従来検出出来なかった物理学の標準理論の綻びを見つけることも期待できます。
【ビジョン】
Society 5.0 で実現するスマート社会の時代では、人々及びシステムやアプリケーションが必要とするトレーサブルな時刻周波数信号がその要求に応じた精度で「いつでも」「どこでも」「だれでも」容易に利用可能になっている必要があるでしょう。
図 2.39 は予想される将来の時刻・周波数の社会基盤の構造です。
（1）は生活に身近なネットワーク（モバイルネットワーク）です。適切に配置されたエッジサーバと連動する機器群が過不足ない精度で時刻同期をすることで、道路や空を走行する自動車やドローン、公共交通機関がスムーズに自動運行し、工場や農場では多数のロボット群が自律的に敷地内を動き回っています。
（2）では高精度の商用光原子時計が必要とされる間隔で設置され、これらの拠点が光ファイバや（光）衛星リンクなどのより高精度な時刻周波数伝送技術で結ばれたメトロネットワークが形成されています。
（1）のエッジサーバや研究機関、電力会社や金融機関等のインフラ事業者は、ここに接続することでより高精度な時刻周波数信号を取得できます。
（3）ではコアネットワークによりメトロネットワークが統合され、ここに NICTは UTC に同期したリアルタイム信号である日本標準時を供給します。
（1）-（3）では、時刻の観点からは皆で作る堅牢な時刻の共有を、また、周波数の観点からは時空間同期を要求に応じた精度で実現し、Society 5.0 の社会基盤を支えます。
（4）では、（3）と物理的構造は同じであるが、高精度な周波数の利用を表現しています。メトロネットワークで相互接続された光原子時計とこれに接続した大学や研究機関、（1）のモバイルネットワークに含まれる各種のデバイスやセンサは、世界標準の座標系でその位置が高精度に決定されています。
56

このことにより、例えば地震・火山活動の精密監視、土石流の早期検知、さらには水蒸気変動監視の高精度化による豪雨予測等、様々な自然災害軽減に寄与します。また、物理量の中で桁違いに高い周波数の精度を継続的に向上させることで超高精度計測の窓を拓き、直接検出されたことのない暗黒物質の探索や未知の現象を捉えることで物理法則の検証を行うなど、基礎科学の発展に大きな役割を果たします。このような「自然をよく知りたい」という興味が後世の科学技術発展の端緒となっていきます。

(1)

Low

Posi�oning(位置決め)

時刻・周波数の精度

(2)

(3)

High

(4)

Rela�vis�c Geodesy(相対論的測地)

図 2.39 将来の時刻周波数社会基盤の構成
縦軸は時刻・周波数の精度、（1）から（4）のレイヤーはその精度での時間及び空間利用の用途例を示す。
（1）エッジサーバを起点にしたモバイルネットワーク。供給される時
刻基準は位置決め等の空間把握にも利用される。
（2）光原子時計を相互接続したメトロネットワーク。ここから（1）内のエッジサーバ等高精度な時刻・周波数が必要な用途に時刻を供給する。
（3）NICT や国内外の研究機関の協力で作る堅牢な標準時や協定世界時の維持と共有。
（4）超高精度原子時計の開発や高精度周波数の基礎科学への貢献といった未踏領域への挑戦。この究極的な精度は相対論的な測地技術にも利用される。
（2）と（4）の物理的構造は同じであるが、（1）-（3）は主にオンデマンドの精度の時刻・周波数、（4）は極限の高精度周波数の利用を想定している。

57

【ビジョン実現に向けて】
時空標準研究室は、原子時計群を運用して正確な時刻及び周波数の基準を生成し、生成した基準の不確かさを評価してその精度を維持しつつ、標準周波数や標準時として様々な手段でリアルタイムに国内に供給しています。同時に、ここで得られる原子時計のデータを国
際度量衡局に送付して国際原子時の生成にも貢献しています。また、生成の際に歩度の基準となる高精度の原子時計の開発と標準時刻・周波数の評価・供給技術を時代の要請に合わせて高性能化する技術開発を精力的に行い、正確な時計によって空間を把握する技術についても研究開発を行っています。一方、原子時計の精緻さを利用して、従来は多様な雑音に埋もれて使いこなせなかった、量子力学特有の現象や物理学の綻び、を探求する研究も手がけています。
上記のビジョンを実現するためには、時刻・周波数標準という共通項はあるものの、2.4.1から 2.4.4 に上げる 4 つの分野の研究や業務の発展が必要であり、現在の状況やこれまでの
我々の取り組み、そして当該分野のゴールとそこに達する具体的な方法を、分野ごとに以下に示します。

2.4.1

標準時・標準周波数発生技術「時間」は国際単位系において最も小さい不確かさで標準量が実現されており、この精度を実現するのが原子遷移を利用した原子時計です。2019 年には「質量」をはじめとした物
理量の再定義が行われ、ほぼすべての物理量の実現精度が時間標準の精度に依存することとなりました。つまり、時間とその逆数である周波数の計測技術が、超高精度を求める計測を支える基盤技術となっています。
「秒の定義」は理論上の理想であり、その実現には一次周波数標準器と呼ばれる特別な原子時計が必要です。一次周波数標準器を持つ事は、周波数標準とそこから作られるその国の標準時を自立的に正確に維持する能力を持つ、という観点で非常に重要です。秒の定義は時間の刻みを確定するもののため、起点を設けて秒の積算から標準時を決めていきます。UTC
は世界中で参照される標準時ですが、計算機上の離散的な数値（しかも公表は一月後れ）であり実用に不向きなため、各国は UTC に沿ったリアルタイムな標準時をそれぞれの方法で運用しなければなりません。
時空標準研究室では、時刻と周波数の標準機関として、日本標準時とその源となる標準周波数の発生に関する研究と業務を行っていきます。日本標準時の発生においては、運用する
原子時計群から合成した原子時をもとに長期安定な標準時刻と周波数の国家標準を確定し、衛星を仲介とする高精度な相互比較によって定常的に国際時刻比較を行い UTC との同期を58

保つとともに、機構の持つ原子時計の情報を提供することで、国際原子時の決定に寄与していきます。関連する国際機関との連携や国際標準活動への参画にも引き続き注力していきます。
標準時は途切れなく安定に生成・供給し続けることが求められるため、堅牢性・冗長性のあるシステム構築が必要となります。時空標準研究室はその一環として、2018 年には災害等への対策を主眼に神戸副局を立ち上げました。今後さらなる信頼性向上と供給拠点拡大のため、本部・副局および２つの送信所の原子時計を寄与させる分散時系の構築を目指していきます。また設備機器やソフトウェアの確実な更新、新しい時刻・周波数供給に合わせた発生システムの更新などにも注力していきます。
標準周波数の発生に関しては、現在の秒の定義に基づくセシウム原子泉型一次周波数標
準器、秒の再定義の最有力候補であるストロンチウム（Sr）光格子時計、異なる長所と可能性を秘めたインジウムイオン（In+）およびカルシウムイオン（Ca+）光原子時計の開発を通して、国際的にも有数の超高性能原子時計の自主開発能力を培ってきました。また Sr 光格
子時計を活用した試験的な標準時生成を世界に先駆けて行い、UTC よりも正確な時刻を刻むことに成功するなど、標準時の高度化に向けた研究を開始したところです。従来の日本標
準時システムにこれらの異なる高精度原子時計や遠隔地の原子時計を最適な手法で組み込むことで、高精度と高信頼性を両立した次世代の標準時が実現できます。
各原子時計の高精度化、システムの堅牢化を進めつつ、各原子時計の特徴を活かした時系
アルゴリズムの構築を行い、この実現を目指します。また、将来的には他機関の所有する光
原子時計を活用することで高精度と高信頼性を両立する“光分散時系”を実現することができます。そのため、国内外の光原子時計開発機関と協力して、 高精度周波数の伝送方法や、これらを活用した時系生成の研究を行います。これからの 10 年間では光原子時計を基準にした秒の再定義が必要になると認識されており、再定義するための技術的な条件を満たすための研究開発が必要となっています。

2.4.2

標準時・標準周波数供給技術

時刻情報は人々の生活のリズムを作る上で必須なものとなっており、現在利用されているサービスとしては、求められる時刻情報の精度により下記のようなものが挙げられます。


ミリ秒： 標準電波、電話回線による時刻供給や NTP（Network Time Protocol）など。比較的容易かつ安価に利用できるサービスであり、利用者数は年々増大して
いる。

59



マ イク ロ秒 ：PTP（ Precision Time Protocol）、 GPSDO（GPS Disciplined

Oscillator）など。インターネットでの金融取引の増大により、この精度の時刻情報の要求が高まっている。また 4G モバイル通信の基地局間もこのレベルでの同期が必要とされている。


ナノ秒： 専用光ファイバ回線による配信など。科学実験のための基準信号としての利用が主となっている。

また、時刻供給から派生したサービスとして、信頼のおける時刻情報を用いて電子文書などさまざまな電子情報のやり取りや電子情報そのものの安全性と信頼性を高める「時刻配信サービス」、「時刻認証サービス」があります。この他、標準周波数は、無線局が送信する
電波の周波数の許容偏差を逸脱しないなどの目的のために使用されています。一般向けのサービスとして標準電波の発射が行われているほか、計測器の校正にも利用されています。
さらに、5G 以降のモバイル通信では、物理空間とサイバー空間の同期が肝要となると言われています。その実現のために、時刻・周波数のシステム間での同期が大きく寄与すると考えられ、より高い精度での時刻・周波数供給への需要が増すと予想されます。
時空標準研究室では、日本標準時の定常業務における供給サービスとして、基準周波数と時刻情報を届ける標準電波発射、主に時刻情報を届ける光テレホン JJY、テレホン JJY、NTP等を実施しています。特に光テレホン JJY ではアナログ電話回線を用いた従来のテレホン
JJY を光電話回線ベースで実現し、より高速かつ安定な供給を実現しました。またタイムビ
ジネスにおいては、時刻配信事業者が利用する時刻が日本標準時と一致していることを確認するためのデータを供給しています。
研究開発課題としては、ナノ秒レベル以下の時刻配信・供給を目指す光ファイバを用いた配信法のほか、短距離無線通信によりピコ秒同期を可能とする無線双方向時刻比較 Wi-Wiの開発、時刻を自律的にホールドオーバー可能とする原子時計チップ等における萌芽的研
究を立ち上げてきました。さらに、より高精度な周波数配信・供給技術として、光ファイバを用いた周波数伝送技術、大陸間リンクで世界トップの計測精度を実現した衛星双方向比
較技術の高度化や GNSS・VLBI（超長基線電波干渉法）による周波数比較技術を開発してきました。
このような実績をもとに、
NICT が担う唯一無二の業務として社会のニーズを意識しつつ、同時に将来の要求にも応えられる「いつでも」「どこでも」「欲しい精度で」標準時刻・周波数の供給・配信を実現する研究開発の推進と社会実装を目指します。以下に３つのゴールとその実現に向けた具体的な道筋を示します。
①

定常業務における安定なサービスの継続とその機能向上

ネットワーク時刻供給については、PTP による高精度時刻配信サービス提供の開始、および、本部-大手町間のトラフィック負荷の大幅な軽減を目指します。

60

タイムビジネスにおいては、時刻認証制度の改訂（令和 3 年 4 月）をうけて、タイムスタンプ事業者が円滑に制度移行できるよう、その要望に配慮した時刻配信業務を実施します。

②

より簡便かつ安価な配信・供給法の開発とその精度向上


衛星の利用は広域への有力な配信法の一つです。より安価な GNSS 利用配信システムの開発を進めるとともに、準天頂衛星システム（QZSS）利用や成層圏通信プ
ラットフォーム（HAPS）などを検討します。



ローカルエリア向けの技術としては、近距離の無線双方向時刻比較技術として
NICT が開発を進めてきた Wi-Wi についてさらなる開発に注力します。無線同期
モジュールの高度化を進めつつ、さらに企業・大学間連携及び国際連携を強化し、ユースシーンの創出と新たな時空間同期産業をパートナーとの連携により開拓します。



また配信の基盤技術として、モバイル機器等にも搭載可能な原子時計チップの開発を推進します。高精度かつ小型化と低廉化の両立を狙い、材料開発から半導体レーザーのプロセス技術、量子部のアッセンブリまで一貫した技術開発を実施します。



さらに、Wi-Wi や原子時計チップ化技術を組み込んだ分散時刻同期システム確立を目指します。分散時刻同期システムについては、時刻供給アルゴリズムの開発および有線時刻比較モジュールの開発を実施します。

③

進化する光原子時計などに対応した、より高精度な配信・供給法の開発
高度化した衛星双方向周波数比較技術の協定世界時リンクへの実装を促進します。



光ファイバ利用の時刻・周波数配信技術開発とそのシステムの簡易化・汎用化を進めるとともに、利用できる光ファイバリンク拡大のための活動を行います。また、
光空間リンクについて開発検討を進めます。



2.4.3

これら時刻・周波数の配信・提供技術について必要な標準化活動を実施します。

絶対空間基準の計測及びローカル相対時空間同期の活用

地球上の 3 次元的絶対位置は、VLBI、GNSS、SLR（衛星レーザー測距）等の宇宙測地技術によって決定され、数年毎に改定される国際地球基準座標系に準拠して記述されます。この座標系上での上下方向の位置は、地球の形状を模した準拠楕円体中心からの距離で記述
され、GNSS 測量で得られる「高さ」は、準拠楕円体表面からの距離、「楕円体高」となります。これを重力ポテンシャルの指標である「標高」に引き直す定義は別途必要です。従来
61

の標高は、地球の平均海水面を陸域まで仮想的に拡張した「ジオイド」を基準としてきました。しかしながら、各国や地域毎に各々で決めた平均海水面が等重力ポテンシャル面として全球的に一致する保証は無く、実際には場所ごとで 10cm〜数 10cm の差が生じているのが現状です。そのため、全球規模での高さの基準の統一は長年の測地学的な最重要課題の一つでした。
今世紀初頭から開始された複数の重力観測衛星ミッションは、空間スケール 100km 程度
での全球的な重力ポテンシャル推定を可能としました。これを背景に、国際測地学協会（IAG）
を中心に全球的に統一した高さ基準の策定が議論され、重力ポテンシャル面を高さの基準とする画期的な IAG の勧告決議（2015 年）が出されるに至りました。
一方、2 地点間での 10-18 の周波数変化として重力ポテンシャル差約 1 ㎝を計測可能な光原子時計の登場は、より小さな空間スケールでの重力ポテンシャル場の直接決定の可能性を示唆しました。光原子時計を用いた複数の実験成果を通して、特に欧州を中心に 2010 年頃から測地学と時間・周波数分野の連携が急速に進み、現在では相対論測地学という新たな分野として確立しつつあります。とりわけ、光原子時計の測定結果を先の重力観測衛星ミッションの成果と統合することで、全球的にシームレスかつ高分解能な重力ポテンシャル場
決定が現実のものとして見えたことは、測地学的な大変革といえます。最近では、量子技術
応用の測地学研究と共に、2020 年に開始された IAG の新たなプロジェクトである「Novel
Sensors and Quantum Technology for Geodesy」の中で、相対論測地学研究への取り組み
が正式に明記され、国際的にもこの分野の推進に加速化が図られています。
こうした背景を踏まえ、高時間分解能で重力ポテンシャル差を計測可能な光原子時計の測地学的利活用の研究が国内でも始まっており、NICT でも第 5 期中長期計画に位置づけています。NICT は、光原子時計の不確かさ評価のために、重力ポテンシャルの変動をもたらしうる外的擾乱、特に高さ変動をもたらす可能性のある地球潮汐や地下水変動等の時間変化をモニターし、その影響を測地関係機関と連携しつつ定量的に見極めていきます。
空間計測、つまり測地学的な観点からは、NICT は長年に渡って国際 VLBI 事業（IVS）や
国際 GNSS 事業（IGS）に参画し、国際地球基準座標系の維持・精度向上に寄与してきました。長年に渡り国際観測の実績を上げてきた鹿島の 34m アンテナや 11m アンテナ、及び鹿島 IGS 観測点の運用は 2019 年で終了したものの、小金井 11m アンテナと小金井 IGS 点は
現在も引き続き、各々IVS と IGS に参画しています。また VLBI 技術開発の側面からは、観測・データ処理技術の低コスト化と汎用化を実現した K5 システムを開発し、リアルタイム
VLBI 観測の実現による国際地球回転観測の迅速化に貢献したほか、その技術移転により内外の関係機関と連携を強めてきました。これらの成果により、国際的にも NICT は測地分野での先進研究機関としての位置を占めています。宇宙測地技術に関連する研究・開発とそれらの観測経験と、光原子時計関連研究を併せ持つ研究機関は国際的になく、今後の光原子時計の測地学的利活用を開拓する上で最適な位置を占めています。

62

今後の具体的なゴールとしては、まず光原子時計による「高さ」計測の実現と社会実装を目指します。つまり、ある地点の高さの変動を、高精度・高時間分解能、連続でリアルタイ
ム計測する技術を確立します。このためには、光原子時計を用いた試験観測の積み重ねと、
前述の光原子時計の不確かさを決定づける外的擾乱の定量的評価がまず必須です。また、内外の測地関係機関との連携や国際的なコミュニティの中で NICT の研究をアピールし、ユーザーとしてのそれら各機関からのフィードバックを取り込んでいきます。これらの活動を通して、国際的にはグローバルなジオイドモデル確立への寄与、また国内的には従来の水準測量の補完による高さ計測の高度化を次のターゲットとします。また今後の測地関係機関との連携により、地震・火山活動の推移予測の鍵を握る上下方向の地殻変動監視の高度化によるジオハザード対策や、より広い分野での地理空間情報利活用による社会生活の向上に直結する利活用分野も想定されます。
一方、建設現場の位置計測等のローカルなアプリケーションにおいては絶対位置は必要なく、ローカルな基準点からの相対位置のみが必要とされます。このようなアプリケーションを意識した技術として我々は無線双方向時刻比較 Wi-Wi による時空間同期技術を開発してきました。Wi-Wi は商用無線通信機にサブピコ秒精度で時刻比較ができる双方向時刻比
較技術を実装したもので、デバイス間の時刻差と伝搬時間の計測をピコ秒精度で行うことができます。このような技術を実現する 920MHz 通信機デバイスを開発し、電波の反射が少ない環境で伝播時間からデバイス間の距離をサブ cm の精度で計測できることを示しました。言い換えると、搬送波の位相を同期して活用することにより正確な位置計測を実現できることを示しました。より高精度な時刻同期については既に 5G の国際標準化会合の場において要件定義がなされつつある他、搬送波の位相を活用した屋内位置計測技術への要望
は Beyond 5G の標準化会合でもニーズとビジョンが議論され始めています。
Wi-Wi 技術は前中期から新たに取り組んできた研究開発であり、これまでにソフトウェ
ア無線機とルビジウム原子時計を組み合わせた原理実証実験、商用無線チップと発振器を用いたモジュール化、そしてモジュールをネットワーク状に組み合わせた位置計測実証実
験、あるいは副産物成果としての水蒸気変動計測までを実現してきました。そしてこの技術を実装するために企業や大学と連携し、事業化を目指してきました。Wi-Wi 技術の目指すところはデバイスが繋がる際に時刻同期と相対位置把握を行う、「時空間同期」のコンセプトの展開と活用です。その実現のために当研究室は大学やメーカと共同で競争的資金を用いた研究開発及び市場開拓を進めている他、企業アライアンスと事業化を模索してきました。
また同時にモジュールの高度化も進めています。今後、Beyond 5G の基盤インフラとしての時空間同期技術の社会実装を実現するためには、民間企業との連携と技術の社会的な普及を促進する何らかの仕組みが不可欠です。前者は核となる企業（複数でも可）にどう繋げられるか、後者は効果的なアウトリーチの模索を考えていく必要があります。

63

2.4.4高精度な周波数標準によって切り拓く科学の未踏領域開拓

原子時計は利用する遷移周波数をマイクロ波から光へ 4 桁上げることで、２桁の不確かさ向上と 19 乗台の系統的不確かさを実現しました。現在では商用の光原子時計を開発する
動きも世界中で始まっていますが、標準機関としてその性能を正しく評価・校正するためには、原子時計の動作原理に精通し精度限界の要因を見抜く能力を持ち続ける必要があります。さらなる不確かさの低減に原理的な限界は示されていませんが、従来の延長線上で達成するのは容易ではなく、秒の再定義後を見据えて不断の努力を継続する必要があります。
更なる不確かさ低減に向けては、異なる方式の原子時計でブレークスルーを狙うことが期待されます。時空標準研究室では Sr 光格子時計と共に In+光原子時計の開発が進められてきました。Sr 光格子時計については、もっぱら安定運用を目指して開発を行い、定期的な運用が実現しつつあるが、これはさらなる系統的不確かさの低減とは相容れないため、2号機の立ち上げを行う必要があります。In+は電磁気的な周波数シフトを受けにくい利点がある一方、信号検出に長い時間を要する弱点があります。この問題を解決するため、従来と異なる VUV（真空紫外）域にある遷移での状態検出を検討しています。
In+ の電磁気的な周波数シフトを受けにくい性質は、多数イオンをトラップしても周波数がシフトしにくいことにつながり、従来では想定していなかった同一のトラップに多数イオンをトラップされた形の光原子時計の可能性があります。また、同時に NICT では In+と共に Ca+をトラップして共同冷却をしてきましたが、Ca+のかわりに質量が In+に近く、効率的な共同冷却を期待できる Yb+を利用することを検討していきます。
また、VUV 光は希ガスを非線形媒質とした高次の非線形過程で生成します。生成を想定している波長域にはトリウムの原子核遷移もあり、次世代の原子時計であるトリウム原子
核時計への道筋を探索していきます。
未踏波長域である THz 域での周波数標準については、究極の確度が目的というよりも、
分子遷移周波数を利用することで電子-陽子質量比の時間変化の検出による基礎物理学の検証や光学異性体を用いたパリティ対称性の破れの検証などの基礎科学実験への貢献が期待されています。
時空標準研究室では、レーザー冷却された様々な２原子分子を用いた THz 分子時計に関する理論検討を実施し、誌上発表を行ってきました。目標精度 9 桁の一酸化炭素分子安定
化 3THz レーザー標準の開発を推進しており、精密 THz 分光に関連する技術的土壌が整いつつあります。引き続き THz 分子時計の詳細な検討を行い、その実現に向けた技術的方針を決定します。現在開発中の一酸化炭素分子安定化 3THz レーザー標準の分子分光技術を高度化させるとともに、量子技術を基盤としたレーザー分子冷却を確立し、高分解能 THz 分64子分光を実現します。また、最先端技術を取り入れた THz 計量標準技術等の研究を継続的に推進することで、最短距離での THz 分子時計の実現と応用を図ります。特に、既存の THz
周波数伝送法に光回路技術などを積極的に取り込むことで汎用的で高精度な手法への改良を目指します。

【将来に向けて】
GNSS はゲームチェンジャーでした。しかし測位でなく時刻比較技術として GNSS を見た場合、搬送波による時刻比較技術で得られるナノ秒レベルの時刻比較精度が活かされ、かつ広く社会で主役となるアプリケーションはありませんでした。言い換えると、GNSS から直接得られる時刻精度以上を求められるユースケースが少なかったということになります。
結果 UTC ラボの役割の中心は、原子時計を維持してそのデータを BIPM に提供し、また自らが維持する周波数標準で UTC の歩度を校正することで国際原子時の生成に貢献することでした。しかし今後は、精度という観点からは社会の要請が GNSS によるゲームチェンジ
レベルに追いついてくると思われ、また各 GNSS の時系と UTC との整合性をどう担保するかという国際的な議論も深められていくでしょう。地上無線通信網が 5G に移行することでネットワークが端末に要求する時刻精度は一層高まり、2030 年のサービス開始が予測される 6G においては、GNSS のみで得られるレベルを追い越し地上系からより高い精度で時刻を供給するニーズが生まれてくるでしょう。
一方で、このような性能、もしくはユーザーの利便性向上を金科玉条として、技術開発を進めてきた状況に変化が生じていることにも今後留意していく必要があります。その一つは、カーボンニュートラルという言葉に代表される、地球温暖化へのインパクト軽減です。
今後の研究開発においては、新技術がエネルギー消費量の増大を伴う場合、新技術によるメリットが CO2 排出量の増加によるデメリットを大きく上回ることが要求されます。逆に言えば、性能向上を伴わずとも新技術が消費エネルギーを低減することが出来れば、価値を持つことを忘れてはなりません。

また、もう一つ意識すべき観点は地政学的観点です。 ジャミングやスプーフィングによって GNSS のみに依存することの危険性が議論されており、自国内の資源・技術を利用して高精度な時刻を高い信頼性の元に刻んでいくことが一層重要になりつつあります。コロナ禍は、自国になくても他国から買えばよい、という考えがもはや通用しないことを白日のもとにさらしました。我が国が運用する準天頂衛星システムはその時系を UTC(NICT)に準拠する形で運用がなされ、2024 年頃には GPS に頼らない持続測位に移行するとされます。
本衛星システムとの連携も必要となってくるでしょう。

65

2.5

回折光学技術とデジタル技術の融合による新しい光学を拓くために[はじめに]
光デバイス技術は我が国が強みを有する分野（例えば CSTI 統合イノベーション戦略
2019, p.102）ですが、Beyond5G/6G に向けての光通信技術の国際競争の加速や、急速なXR 技術(AR, VR, MR 等の総称)の進展などに伴い、今後の競争力維持に向けて光産業を支える光デバイス自体の高度化、デジタル化が急がれています。
光デバイス技術は、17 世紀のガリレオ・ガリレイの時代から続く屈折を利用した幾何光学技術と、主に 20 世紀に入ってから積極的に用いられるようになった回折光学技術（波動光学技術）の２つに大別できます。デジタル光学基盤研究室では、このうち後者の回折光学技術を、数値計算ホログラフィを主体としたデジタル技術を新たに開発することにより、現代社会の様々なニーズに適合させる取り組みをおこなっています。 本節では、その取り組みとして、波面プリント技術、空間光通信技術、精密光学測定技術、の３つのテーマについてご紹介します。

図 2.40 デジタル光学基盤技術

66

2.5.1 波面プリント技術

デジタルに設計した光学機能を 1 枚の透明なフィルムで実現する次世代型ホログラフィ
ック光学素子を高精度かつ安定的に製造する「波面プリント技術」の研究開発を行います。
当技術によって製造するホログラフィック光学素子が持つ「高い設計自由度」「軽量・薄型」「フレキシブル」「透明性」「安価」といった特長を巧みに利用することで、空間光通信分野
を始め、車載を始めとするモビリティやウェアラブル・AR デバイスでの映像機器分野、撮像、計測分野などで新技術・新規産業の創出に向けた技術移転や社会実装を企業や外部機関と連携しながら推進します。
世界に先駆けた「波面プリント技術」の原理検証、波長多重化、高機能化、精度の補償技術を研究開発してきました。国内外合わせて上記分野に関連する多数の企業から技術移転や社会実装に向けた問い合わせが寄せられており、産業界からの需要を汲み取りながら積
極的に複数の企業や大学との共同研究を実施しています。
2027 年における車載ヘッドアップディスプレイの国際市場は 1.9 兆円（=＄19.1billion,
Allied market research）、空間光通信分野は 2,800 億円（Global Industry Analysts）、AR/VR
市場全体は 6.5 兆円（=＄65.2billion, Fortune Busines Insights）と見込まれており、上記分野をはじめ急速に拡大する光デバイス産業の需要に即した研究開発を進め、市場の活性化と我が国の競争力維持・強化への貢献を目指します。

図 2.41 波面プリントで作製する HOE と応用分野

67

ホログラム露光装置の高精度化、光学系の収差を補正するデジタル補償技術を確立し、ホログラフィック光学素子の高品質化を実現します。また、先述の応用分野を中心に、企業・大学と連携してホログラフィック光学素子を組み込んだ新技術の原理検証、製品開発を進めます。
波面プリントで作製した HOE の光学精度や結像特性を測定・評価し、補償技術を組み合わせることで高精度な光学機能を実現します。また、先述の応用分野で求められる光学機能を設計し、ホログラフィック光学素子を作製、製品試作を行い、製品化に向けて大学・企業と連携しながら実証実験や機能評価、改善を行います。さらに新記録材料の開発を実施する
ことで材料の特性、形状の種類・選択肢を広げ、波面プリント技術で作製したホログラフィ
ック光学素子を応用できる社会展開先を広く開拓するための研究開発も推進します。

2.5.2 空間光通信技術

レーザー光を用いた空間光通信装置では、大気のゆらぎによる影響を補正するための機能が必須となります。しかし、従来技術では機械的な駆動を必要とするため、応答性、安定性、コストに課題がありました。そこで、波面プリント技術を用いてレーザー光を受信できるスタティックな光学素子を、薄いホログラムフィルムで実現することを目指しています。
そのために必要なホログラム作製技術の確立を目指し、大気のゆらぎをシミュレートまたは計測した結果を踏まえて、ホログラム光学素子の試作を繰り返し行うといった研究開発を進めていきます。将来的には応答性、安定性、エネルギー利用効率に優れた安価な空間光通信装置の実現を目指します。
レーザー光による空間光通信は、無線通信の速度と距離を飛躍的に向上させる技術であり、地上と人工衛星間の高速な通信回線を実現する技術の１つです。また、電波による通信と比べてエネルギー利用効率という点でも優れています。しかし、空間光通信では能動的な閉ループ制御により受信光を補正する機構が主流となっており、それによって生じる課題（応答性、安定性、コスト）を解決する手法として、受動的なホログラム光学素子を用いた研究開発は不可欠です。
レーザー光による空間光通信、特に地上と人工衛星間の高速通信において、大気ゆらぎの影響により、通信光の伝搬角度の変動や波面の歪みが生じるため、通信品質の低下といった課題があります。このような課題を解決するために、閉ループ制御の精追尾機構を用いた技
術や、可変形鏡を用いた補償光学による波面の補正技術の研究が主流です。しかし機械的な駆動機構を備えるため、応答性、安定性、小型化という点において課題が残されています。
68

ホログラム光学素子は、１枚の薄いフィルム状の素子に複数の機能を備えることができます。そこで精追尾機構の機能をホログラム光学素子で代替することで、応答性、安定性に優れた小型の空間光通信装置の実現を目指してきました。これまで電子ホログラフィを用いて波面の制御を行い、軽微な伝搬角変動に対応したホログラム光学素子を試作し、ホログ
ラム光学素子を用いた空間光通信装置の有用性について基礎検討を行ってきました。
空間光通信（可視光通信を含む）の市場は、COVID-19 の影響を考慮しても 2027 年に約2800 億円に達すると予想されています（ “Free Space Optics (FSO) and Visible Light
Communication (VLC),” Global Industry Analysts, Inc., 2021）。そこで、先行技術（精追尾機構、補償光学の機構）を備えた空間光通信装置によって拡大された市場に、ホログラム光学素子を用いた応答性、安定性に優れた小型の空間光通信装置を社会展開することで、さらなる無線通信インフラの拡大や通信市場の活性化への貢献を目指します。
大気ゆらぎの影響により変動した波面を補正するための、複数の機能を備えたホログラ
ム光学素子を実現することで、能動的な制御機構を有する空間光通信装置に対して、受動的なホログラム光学素子を用いた装置の有用性を明らかにします。このようなホログラム光学素子を用いたレーザー光による空間光通信装置により、小型でかつ優れた安定性、応答性、エネルギー利用効率の実現を目指し、SDGs や Beyond 5G/6G に貢献します。
具体的には、大気ゆらぎによる伝搬角度の変動に対応するため、複数の角度から到来した
光を多重記録することで、センサ方向に集光させる光学素子を作製する技術を確立します。
さらに、リアル空間の大気ゆらぎを計測し、歪みを補正する機能を持たせるためのホログラ
ム記録技術を確立します。また効率的に研究を進めるためのシミュレーションによる評価
技術も確立します。このようにして作製したホログラム光学素子を用いた空間光通信装置を試作し、フィールド上で大気ゆらぎを模した実証実験を行います。そして結果をフィードバックして再試作、再評価を行うことで、ホログラム光学素子を用いた空間光通信装置の実現を目指します。
ホログラム光学素子を備えた空間光通信装置は応答性、安定性に優れると共に、ホログ
ラムフィルムは高価なものでないため、安価で小型の空間光通信装置の社会展開が可能となります。またホログラム光学素子は、精追尾機構と異なり電気的なエネルギーの供給が不要であるため、省エネルギーで動作させる、送信部、受信部を電気回路と切り離せるといったメリットがあります。そのため、地上局と人工衛星間の通信などの宇宙に関連した
大規模なビジネスへの貢献以外に、ビル間の安価な通信網の実現や、ドローンや飛行機な
どの飛翔体間での通信においても有用です。特に通信インフラが不十分な国や地域において、新規回線の敷設がコストや政治情勢の問題で困難であった場合、ホログラム光学素子を備えた空間光通信装置を搭載したドローンや気球を複数用いてインターネットを中継することで、手軽にかつ安価に代替することが可能になると考えられます。インターネット
過疎地域が解消されれば、インターネット上で実現される教育や医療などのコンテンツの供給が可能となり、国際社会全体の生活品質の向上に貢献できると考えられます。
69このように、ホログラム光学素子を用いた空間光通信技術を確立することで、通信インフラの会社だけでなく、移動体を扱う企業など多様な企業を巻き込みながら、社会展開に社会展
開に注力していきます。

図 2.42 ホログラム光学素子を用いた空間光通信

2.5.3

デジタルホログラフィに基づく精密光学測定技術

ホログラフィでは従来、レーザー光を物体に照明して精密な光学測定を行なってきました。ホログラフィ測定の飛躍的な汎用性の向上のために、身の回りにある自然な光でホログ
ラムをデジタル記録する技術：自然光デジタルホログラフィ（自然光 DH）に基づく、精密な光学測定技術を研究開発します。そして、物体の 3D 測定や、細胞や光学素子などの透明な物体に対し定量的な測定を行なう技術および光学システムを開発します。また、自然光
DH を光学顕微鏡等へ応用し、光の位相や蛍光など多様な光の情報を同時に測定できる技術
および光学システムの研究開発を行ないます。科学研究への展開に加え、測定システムのコ

70

ンパクト化も行ない、持ち運べ精密な接写 3D 測定を行なえるホログラム検知器として、ホログラムセンシング機器の研究開発および提供を行ないます。
生命科学研究や再生医療に用いられる生細胞の無染色な定量測定をはじめとして、透明な試料の測定技術は、科学研究および産業において極めて重要視されます。また、一括 3D
測定を行なえる測定技術に対するニーズは、顕微鏡に限らずあらゆる計測機器に対して高いものがあります。自然光 DH は、あらゆる光をホログラムとしてデジタル記録でき、前述の要求を満たし、精密な光学測定を行なえる技術です。この技術に基づく顕微鏡システムを
これまでに開発し、生命現象を観る自然な光の 3D 動画顕微鏡として応用できることを確認してきました。
生命科学研究分野に自然光 DH に基づく測定技術および機器を提供することにより、細胞の形や組成物の分布、動きなどを一括 3D 測定の上で観察し、分析および分析技術の革新的な進歩を推し進めます。また、再生医療分野に欠かせない、染色せずに弱い光での細胞の定量測定を行なえます。そのため、製品としての細胞の定量測定を通じて、生活の質の向上への貢献を目指します。そして、持ち運べるホログラム検知器および顕微鏡への展開を通じて、接写での 3D 測定も可能な可搬型の精密測定器として、身近な測定を高機能化および高性能化します。
自然光 DH を用いて、蛍光や光の位相の情報を同時測定できる技術および光学システムの開発を行ないます。また、染めずに生細胞の 3D 情報を高速に定量測定する技術および光学システムを開発します。そして、開発する技術を市販の光学顕微鏡にドッキングできる光学システム構成にすることで、多様な分析技術および計測機器の高機能化を行ないます。また、持ち運び可能にまでコンパクト化した上で光の 3D や波長情報の精密測定を行なえるよ
うに、ホログラムセンシング機器の高性能化・高機能化を推し進めます。
自然光 DH を用いた定量位相顕微鏡システムを試作し、透明な試料の可視化および定量測定の能力を実験的に検証します。また、光学システムの改良を通じて、蛍光画像の同時測定の機能を付加します。また、定量位相測定の高速化に向けた技術および光学システムを試作し、動画測定能力を実験的に検証します。そして、持ち運べるサイズにまでコンパクト化の上で、近接して精密な 3D 測定が行なえるように光学設計を行ない、高分解能化、広視野化、高画質化、多波長化等を図ります。さらには、外界の 3D 情報の入力装置として運動する機械装置や可搬性のある電子機器等へ搭載することなど、適した実装形態を検討します。
また、自然光デジタルホログラフィの研究は先端的なテーマであることから、この分野に携わる研究者数自体が世界的に見てまだ少ないのが現状です。一方で、この技術はあらゆる光をホログラムとしてデジタル記録できることから応用範囲は広く、今後メジャーな分野に育っていくことが見込まれます。

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図 2.43 デジタルホログラフィに基づく精密光学測定[将来に向けて]
デジタル設計された光学機能を 1 枚の薄型デバイスで実現するホログラフィック光学素子（HOE）は、次世代の光産業に貢献が期待される素子として、ネイティブの波長選択性や大口径対応などの優れた機能と特徴を有しています。HOE をデジタル領域で高精度かつ安定的に製造する波面プリント技術の研究開発は、今後の光デバイス技術全般の発展に寄与する重要な役割を担ってゆくと考えられます。
また、HOE を高効率・安価な光通信用素子に適用する試みの１つとして、空間光通信技術の開発があげられます。レーザーを用いた衛星間や地上間、ドローン間等をはじめとする
飛翔体間の通信網を実現する空間光通信技術では、通信速度の向上や、衛星等の異なる通信システムとのシームレスな接続を実現する拡張性（例えば 総務省 Beyond 5G 推進戦略－
6G へのロードマップ－ʼR2, p.6-7）が要求されるとの同時に、高速・低消費エネルギーを満たす光デバイス技術の開発が求められています。デジタル設計された HOE はこれらニーズ
を満たすと共に、試作段階でのトライ＆エラーや小ロット多品種生産などにおいても威力を発揮するものと期待されます。なお、設計段階で機械学習（AI）を導入することにより、より効率的なデザインフローを確立する取り組みを進めます。
さらに、精密光学測定技術は、ホログラフィ撮像技術を顕微鏡などで扱う微小なワークに適用することで、微細な試料の 3 次元構造を明らかにしたり、透明な位相物体を定量的に計測したりする技術です。顕微鏡の歴史は長く、従来から共焦点顕微鏡や位相差顕微鏡などの個別の技術は存在していますが、イメージセンサを撮像面として用い、ホログラフィ技術
による光の逆伝搬を計算することで被写体像を得る革新的なデジタルホログラフィ技術の開発により、例えば複数の種類の顕微鏡を組み合わせることなく一括で被写体像を得るこ

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とができ効率的になり、また被写体を波長精度で定量的に位相計測することができるようになります。その応用として、波面プリント技術などへの適用も期待されます。
これら取り組みを通して、回折光学技術とデジタル技術の融合による新しい光学を拓くとともに、我が国の光産業の競争力を維持・強化に資する技術の開発を進めてまいります。

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2.6

実用化への展開を加速するために

2.1 節から 2.5 節で紹介してきた各分野の活動において、その成果を実社会で活用していくためには、その運用戦略の検討や持続発展可能な体制づくりにも注力していく必要があります。また産業界全体を支える標準化に貢献することも公的機関である私たちの重要な使命です。そのための注力ポイントを以下にまとめます。
産業界への技術移転のための活動としては、研究成果に基づく知的財産として特許・ノウ
ハウ等を取得した上で、各成果のターゲットに応じてオープンクローズな知財管理を意識しながら、民間企業との共同開発や職員のベンチャー起業などで事業化することを促進します。2.1 節から 2.5 節で掲げた各分野の活動で得られる技術は、主として以下の５つの性質に分類できると考えられます。
① 国家として唯一 NICT で継続的に保持することが求められている技術（例えば、周波数国家標準技術、日本標準時発生技術、無線設備の機器の較正技術など）② 国家として唯一 NICT が情報を提供することが求められている技術（例えば、宇宙天
気予報技術や日本標準時供給技術など）③ 国際的な標準となる技術（例えば、電磁環境測定技術など）④ 国民の生活に直結する情報の提供に必要な技術（例えば、気象センシング技術など）⑤ 企業等が実用化することにより国民生活に還元される技術（例えば、ホログラムプリ
ント技術など）これらのうち、①および②の技術については実施主体が NICT のみであるため、そもそも技術移転は想定できません。また、③の技術については国際標準になることから NICT が技
術を抱え込むことはできません。したがって、①、②、③の技術については、「知財の権利化よりも論文等により公知にする」という戦略をとっていきます。一方、④の技術について
は、主に国家機関（気象庁、国土交通省、消防庁など）が当該技術を採用することが出発点であり、その後、当該機関が現業に用いる装置を調達する際、当該装置を製造する企業に対して NICT 知財が技術移転されることが期待される技術です。また、⑤については NICT が直接技術移転を推進する技術です。したがって、④、⑤の技術については、「知財の権利化を優先した上で広く社会に展開する」という戦略をとっていきます。

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第３章
3.1

未来に向けて電磁波研究所が有するスキルとリソース第１章で述べたように、電磁波技術で社会課題を解決することが様々な場面で期待されている状況の中で、我々NICT 電磁波研究所は、郵政省電波研究所時代から続くこれまでの長い歴史の中で培ってきた研究開発力および技術力を十分に活かすことにより、第２章で述べた極めて多岐にわたる研究開発を推進し、未来へ向けて新しい価値を創出していきます。この挑戦を実現するために NICT 電磁波研究所がこれまで蓄積してきたスキルとリソー
スを以下にまとめます。

● 電磁波研究所が有するスキル
情報の電磁的流通を支える様々な基本的な物理量（例えば、時間・周波数、高周波電力、
アンテナ係数、電圧、電流など）を世界トップレベルの超高精度で計測し、制御することができます。このスキルにより、現代の情報通信インフラの緻密な運用を可能にするとともに、身の回りに溢れる様々な電気・電子機器を人々が安心して使い、その利便性を存分に享受できます。
電波の伝わり方を極めて正確に測定し、高精度で分析することができます。このスキルにより、気象現象のセンシングをはじめ、地表の被覆分類や自然災害による地表の変化の把握し、可視化された情報として提供できます。また、電離圏の電子密度分布や電離圏を電波が通過する際の遅延時間の分析、太陽活動の変化を把握し、得られた情報を使って高精度な宇宙天気を予報することができます。

● 電磁波研究所が有する人材と設備
電磁波技術に関する研究開発力や技術力を十分に備えた優秀な職員を多数有しており、それぞれが常にさらなるスキルアップを図るべく、日々自己研鑽を重ねています。
我々が培った技術力を元に研究開発した測定装置と、それらをシステム化した研究施設
を、各研究分野それぞれで多数保有し運用しています。これら装置や研究施設の多くは、世界トップレベルの性能を有しています。
電磁波研究所の研究者・技術者の活動および測定装置や研究施設の運用が最大の成果を創出できるようにするため、研究所全体の活動を常に着実にサポートできる職員を有して
います。

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3.2 「電磁波研究所のビジョン」を達成するために
第２章では、電磁波研究所が有する上述のスキルと人材・設備に基づき、各研究室がそれぞれの技術分野毎に将来のビジョンを整理し、その実現にむけた具体的ミッションを述べてきました。以下に、各研究室の目指す将来像と、電磁波研究所ビジョンの達成に向けた包括的な留意点をまとめます。

● 各研究室の目指す未来
リモートセンシング研究室では、気象や地表面のセンシングデータをサイバー空間で統合処理し、付加価値を伴って実社会に還元することで、日常の天気予報から防災情報までを
シームレスに提供できる未来を目指します（2.1 節参照）。
宇宙環境研究室では、宇宙環境データを取得し予測結果を提供することで、宇宙環境の変動があっても社会インフラが重大な影響を受けない未来を目指します（2.2 節参照）。
電磁環境研究室では、電子機器の出す電磁波が及ぼす影響を正しく評価し公表すること
で、電波を国民共有の財産として公平に利用し、社会インフラ化した無線システムを安全かつ安心して利用できる未来を目指します（2.3 節参照）。
時空標準研究室では、社会基盤を支える正しい時刻・周波数情報を高精度に生成し、目的に応じて過不足なく最適な方法で提供することで、Society5.0 スマート社会の実現を目指します（2.4 節参照）。
デジタル光学基盤研究室では、数値計算ホログラフィを主体としたデジタル光学技術を開発し、回折を利用した光学素子の開発や３次元撮像技術など、現代社会の様々なニーズに応え得る新たな光学技術分野の開拓を目指します（2.5 節参照）。

● ビジョン達成のための包括的な留意点
各ビジョンの実現に向けた技術的ミッションについては２章内の各節で記載されていますが、単なる技術プロセスの履行のみが目的化してしまうと、柔軟性が失われ当初のビジョンから離れた結果に陥るおそれがあります。また今回掲げた各ビジョンは長期的に取り組むべきものであり、活動の持続と繁栄も可能にしていかねばなりません。これらも考慮してビジョンを達成するために、その推進過程において留意すべきポイントを以下にまとめます。
時代遅れで自己満足の活動に陥らないために、世の中のニーズを的確にとらえ、既存の研究にとらわれずに新しい技術とその実現可能性を評価して研究開発の方向性を考えていく
必要があります。次世代の芽になりそうな技術を常に検討し、小規模な試験実験を通して実現可能性を確かめ、実現性が見えてきたら外部機関も巻き込んだ大規模な試験実験を実施

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していくとともに、実社会での運用を見据えてアピールしていきます。
成果発信においては自分達でデータを触り、学術成果を出し続ける姿勢を大事にしていくべきであり、その実績は、外部資金獲得や研究人材の採用にとってもプラスになると考えています。
人は一番の財産です。例えば、革新的な技術開発力や新しい研究を長期的なフレームワー
クから設計しインプリメントするためのマネジメント力を持つ人材が望まれます。地に足の着いた研究を進めるには、技術者（およびその技術の継承）が研究者と同様に非常に大切です。広い視野をもちつつ専門性を兼ね備えた技術者や研究者を、世代交代も視野に入れつつ計画的に確保できるよう努力していきます。また選ばれる側になるということも強く意識し、若手にとって魅力ある研究テーマ、研究に集中できる環境の実現にも注力します。
長期的な視点での要員の育成と技術の継承も、人材確保と併せて非常に重要な課題です。
特に高齢化が目立つ定常業務においては、次世代要員の育成が待ったなしの状況です。若手の確保と併せてその育成と技術継承を図っていきます。効率的な技術継承のため、新人がスムーズに習得できるような教育的枠組みや導入プロセスの整備を進めていきます。また専門性・特殊性の高い分野も多いことから、現場での OJT 的な人材育成も必要です。NICT の
公益性と中立の立場を理解する人材を育てることも重要なポイントです。

3.3

その先の未来へ

NICT は本年度第５期の中長期目標を策定し、我々電磁波研究所においてもその目標を達成すべく５ヶ年の中長期計画に基づいて活動を進めています。この５年間の目標のみならず、その先の未来へさらに多くの貢献をするために、3.2 節に示した「電磁波ミッション」に加えて、以下の視点も意識して活動していきます。

● 世界トップレベルの技術開発力を持ち続けること
我々NICT 電磁波研究所に課せられている最大の役割は「科学技術の研究開発」であり、職員自ら技術力を高め、様々な分野の要素技術で世界をリードし続けることが求められています。さらに新しい技術分野を作る創造力で新時代を築いていきます。

● 社会のニーズを理解し、技術のユーザーと技術を育てること
科学技術は学問的成果に加えて，社会で活用されてこそ価値があります。そのためには産業界を始め社会のニーズを理解し，我々の技術のユーザーをパートナーとして，お互いのス
キル・リソースを活用し，NICT 電磁波研究所で育てた技術を社会に役立てるよう実用化を
進めます。

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● 国立の研究機関としての使命感を大切に、誇りを持って活動すること
時代の変化に伴って、NICT が置かれる立場も変化してきましたが、社会の中で依然として変わらない立場は「国立の研究機関であること」です。NICT は、非営利事業体として主に税金により運営されており、国民の日常生活を支えるため、法律によって規定されている活動があります。電磁波研究所では、日本標準時の生成・配信、宇宙天気予報、無線設備の機器の較正という ICT 技術の基盤となる業務を確実に実施する必要があります。先に述べた最先端の研究開発に加えて、これらの業務を国から付託された使命感と誇りを持って実施
します。

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電磁波研究所

ビジョンとミッション〜第 5 期中長期計画から未来へ〜

2021 年 12 月発行
国立研究開発法人情報通信研究機構

電磁波研究所〒184-8795 東京都小金井市貫井北町 4-2-1
URL: https://rri.nict.go.jp
掲載されている論文の一部または全部を著作権法の定める範囲を超え 、無断で転写、複製、転載することを禁じます。

電磁波研究所では原子から太陽まで様々な大きさの研究対象を扱っています。
Sr

三宅島

原子
1 nm

細胞
1 μm

地球

太陽

人体
1 mm

1m

1 km

103 km106 km