SGLI センサ 特性ガイド(初版)
概要
本書は、地球環境変動観測ミッション (GCOM：Global Change Observation
Mission) の第一期 気候変動観測衛星 (GCOM-C1)に搭載する多波長光学放射計(SGLI：Second generation Global Imager)の観測データを利用するユーザを念頭に置いてまとめたものである。
SGLI は、ADEOS 搭載 OCTS ならびに ADEOS-II 搭載 GLI の後続となる 3 代
目の多波長光学放射計として、陸域、海域を含めた全地球規模の観測の定着と長期継続観測を目標として開発されたセンサである。本書は、以下の 4 編から構成される。
I.
概要編
II.
VNR ラジオメトリ特性編
III.
IRS ラジオメトリ特性編
IV.
SGLI ジオメトリ特性編
なお、第 I 編は初版から公開を前提として作成するが、第 II〜IV 編はフライト
品(PFM)の特性記述が完了した時点で公開する予定である。
GCOM, SGLI, 特性ガイド
キーワード
✓一般

□取扱指定

□社外開示制限□部外開示制限

□秘

□極秘

情報の区分
開示制限解除年月：

年

月

配
付 先
配付
種類
部数
関連

承認

点検

作成

技術資料番号

SGC-100047
．

．

．

．

．

2011 ．1 ．26

．

1

改訂符号

NC

GCOM プロジェクトチーム

SGLI センサ 特性ガイド [I. 概要編]
目次
1. はじめに........................................................................................................................... 4
2. GCOM-C1 の概要 ............................................................................................................. 5
2.1 GCOM-C1 の目的 ....................................................................................................... 5
2.2 GCOM-C1 のシステムの概要 ..................................................................................... 5
3. SGLI の概要 ..................................................................................................................... 7
3.1 SGLI の概要................................................................................................................ 7
3.2 SGLI の観測運用 ...................................................................................................... 14
4. VNR の概要 .................................................................................................................... 21
4.1 VNR 観測原理 ........................................................................................................... 21
4.2 機能・性能 ............................................................................................................... 22
4.3 機能詳細 ................................................................................................................... 26
4.3.1 観測機能 ............................................................................................................ 26
4.3.2 チルト機能 ......................................................................................................... 26
4.3.3 校正機能 ............................................................................................................ 27
4.4 主要コンポーネント概要 .......................................................................................... 30
4.4.1 非偏光光学部・偏光光学部 ................................................................................ 30
4.4.2 CCD.................................................................................................................... 31
4.4.3 校正部 ................................................................................................................ 34
4.4.4 アナログ信号処理部(ASP: Analog Signal Processor) ....................................... 36
4.4.5 デジタル信号処理部(DSP: Digital Signal Processor) ....................................... 36
5. IRS の概要 ...................................................................................................................... 37
5.1 IRS 観測原理............................................................................................................. 37
5.2 機能・性能 ............................................................................................................... 38
5.3 機能詳細 ................................................................................................................... 44
5.3.1 観測機能 ............................................................................................................ 44
5.3.2 走査機能 ............................................................................................................ 44
5.3.3 校正機能 ............................................................................................................ 46
5.4 主要コンポーネント概要 .......................................................................................... 49
5.4.1 走査機構部および 45 °鏡部 ................................................................................ 49
5.4.2 IRS 光学系.......................................................................................................... 50
5.4.3 検知器部 ............................................................................................................ 51
5.4.4 校正部 ................................................................................................................ 57
5.4.5 アナログ信号処理部 (ASP) ............................................................................... 60

2

5.4.6 デジタル信号処理部(DSP) ................................................................................. 60
5.4.7 SWIR 冷却部 ...................................................................................................... 61
5.4.8 TIR 冷却部 ......................................................................................................... 61
第6章

波長特性 ............................................................................................................... 62

6.1 波長特性概要 ............................................................................................................ 62
6.2 各種代表量 ............................................................................................................... 64

3

1. はじめに本書は、地球環境変動観測ミッション(GCOM)の第一期 気候変動観測衛星(GCOM-C1)に搭載する多波長光学放射計(SGLI)のデータを利用するユーザを念頭に置いてまとめたものである。
SGLI は、ADEOS 搭載 OCTS ならびに ADEOS-II 搭載 GLI の後続となる 3 代目の多波
長光学放射計として、陸域、海域を含めた全地球規模の観測の定着と長期継続観測を目標として開発されたセンサである。
本書は、以下の 4 編から構成される。
I.

概要編

II.

VNR ラジオメトリ特性編

III.

IRS ラジオメトリ特性編

IV.

SGLI ジオメトリ特性編

なお、第 I 編は初版から公開を前提として作成するが、第 II〜IV 編はフライト品(PFM)の特性記述が完了した時点で公開する予定である。

本文書の初版は、「大阪大学のイノベーション創出 若
手研究人材養成プログラム」の一環として、大阪大学の加藤恵理が作成しました。

4

2. GCOM-C1 の概要
2.1 GCOM-C1 の目的
GCOM-C1 は、地球環境変動観測ミッション(GCOM)を構成する衛星であり、GCOM の目的である気候変動の監視・理解の中で、全球規模での放射収支と炭素循環に関わる地表と大気、沿岸、雪氷の広い範囲での長期継続観測、人間活動と気候変動の影響の観測を主な目的とする。観測データは、気候変動の研究や気象予測に利用され、地球規模での気候
変動メカニズムを解明することが期待されている。
2.2 GCOM-C1 のシステムの概要
GCOM-C1 は、地球規模の環境変動のメカニズムの解明を目指した気候変動に関する研
究や気象等への貢献が期待される衛星である。
GCOM-C1 は、平成 26 年度に種子島宇宙センターから H-II A ロケットにより打ち上げ
られ、高度(赤道上) 約 798 km、周期約 101 分の太陽同期準回帰軌道に投入される。ミッション期間は、寿命 5 年の衛星をオーバーラップさせて 3 世代継続させることにより、13年間を予定している。表 2.2-1 にシステムの主要諸元を示す。

5

表 2.2-1：GCOM-C1 システム主要諸元
項目

主要諸元

打ち上げ時期

平成 26 年度

打ち上げロケット

ベースライン H-II A ロケット射場

種子島宇宙センター

軌道
高度(赤道上)
傾斜角
周期
回帰日数
回帰数
1 回帰の周回数
降交点地方時
回帰精度
衛星
衛星重量
発生電力
形状

太陽同期準回帰軌道
798 km
98.6 度
100.9 分34 日
14+ 9/34 周/日
485 周回
午前 10 時 30 分±15 分
±5 km

寿命
全球データ受信局
日本周辺データ受信局

2100 kg> 4000 W (End of Life)
H-II A の 4S フェアリング、Delta IV の 4 m フェアリング、Atlas
V の 4 m フェアリングに収納可能。
箱型バス構体＋ミッション構体（トラス構造）
サイズ：4.7 m (X)×16.5 m (Y) ×2.6 m (Z) 軌道上展開形状> 軌道上 5 年
スバルバード局(KSAT)
勝浦局、鳩山局

6

3. SGLI の概要
3.1 SGLI の概要
多波長光学放射計(SGLI)は、地球観測プラットフォーム技術衛星「みどり」(ADEOS：
Advanced Earth Observing Satellite)に搭載された海色海温走査放射計(OCTS：Ocean
Color Temperature Scanner)、環境観測技術衛星「みどり II」(ADEOS-II)に搭載されたグ
ローバルイメージャ(GLI)に続く 3 代目の多波長光学センサである。地球環境変動観測ミッション(GCOM)のコアセンサの 1 つとして、地球規模での気候変動・水循環メカニズムを解明する上で有効な物理量の観測の定着と長期継続観測を目指して開発をしている。SGLI は「可視・近赤外放射計部(SGLI VNR)」と「赤外走査放射計部(SGLI IRS)」の 2 つの放射計から構成され、広い波長域(380 nm〜12 μm)において、衛星直下で約 1 km、約 500 m または 250 m の空間分解能を持つ。図 3.1-1 に GCOM-C1 衛星の概要を、図 3.1-2 に SGLI の概要を示す。

ロール軸
ピッチ軸

ヨー軸

図 3.1-1：GCOM-C1 衛星全体図
SGLI：Second Generation Global Imager
VNR：Visible and Near Infrared Radiometer
IRS：Infrared Scanning Radiometer
SRU：Scanning Radiometer Unit
ELU：Elecreical Unit

7

SGLI の要求仕様は、GCOM の目標に資するプロダクトを効率的に導出しうるチャネル
を選択することで、ADEOS-II 搭載 GLI の 36 チャンネルに対し 19 チャンネルに減らす一方、標準プロダクトを 22 個から 29 個に増加して、雲・エアロゾルや陸域植生の観測を強化している。また、SGLI の偏光・多方向観測(詳細は第 4 章参照)は GLI にはない新規追加機能であり、250 m 観測機能とともに陸域観測強化を目的としてユーザから要求されている機能である。世界的にも 1 km 分解能での広域偏光観測ミッションは他になく、その成果が大きく期待されている。図 3.1-3 に SGLI の観測波長を示す。また SGLI 放射計の概要と光学設計について表 3.1-1 にまとめた。
地球方向

衛星進行方向

深宇宙方向

非偏光鏡筒
地球観測窓
偏光鏡筒
太陽光校正窓

1.4m
1.3 m

1.7 m

深宇宙
校正窓

0.6m
赤外走査放射計部(SGLI IRS)

可視・近赤外放射計部(SGLI VNR)

図 3.1-2：SGLI の概要

8

VNR観測波長範囲

ＩＲＳ観測波長範囲

陸 大気 海洋 雪氷
各圏の代表的なプロダクト
.

.

.

.

.

.

.

図 3.1-3：SGLI 観測9表 3.1-1：SGLI 放射計の概要と光学設計
項目
可視・近赤外放射計部(VNR)

主要パラメータ
非偏光観測(NP：11ch)、走査幅 1150 km
偏光・多方向観測(PL：2ch)、走査幅 1150 km
但し、VN9 (763 nm)のみ分解能 1 km
短波長赤外観測(SWIR：4ch)、走査幅 1400 km
熱赤外観測(TIR：2ch)、走査幅 1400 km

赤外走査
放射計部(IRS)

高度
(公称)

放射計名

検出器

VNR
非偏光
VNR
偏光

CCD
常温

IRS
SWIR

InGaAs−30℃

IRS TIR

HgCdTe
55 K

IFOV
(公称)

焦点距離
f

250 m

NP 166 mm

1 km

PL 72.6 mm

1 km
798 km
250 m
500 m
250 m

SW1, 2, 4
448 mm
SW3
448 mm
448 mm(500 m mode)
448 mm(250 m mode)

画素の大きさd
52 um=13 um×4
91 um= 13 um×7
560 um=560 um×1
140 um= 140 um×1
280 um= 140 um×2
140 um= 140×1※IFOV は瞬時視野角、f はそれぞれの焦点距離である。また d は画素加算した 1 画素の大きさであり、(1 画素の大きさ) = (1 素子の大きさ)×(素子数)が記述されている。

放射計

取得データ

コマンドでの積分時間調整VNR
NP + PL

積分型

可能

IRS SWIR

瞬時型

不可能

IRS TIR

積分型

可能※非偏光観測とは、地上の大気や地表面により散乱・吸収された反射光の強度を観測する(NP(Non Polarized) 観測)。
※偏光観測とは、地上の大気や地表面により散乱・吸収された反射光の偏光状態を観測する(PL(Polarized) 観測)。
※SWIR(Short wavelength Infrared) は、IRS の短波長赤外センサである。
※TIR(Thermal Infrared) は、IRS の熱赤外センサである。

10

表 3.1-2：SGLI の観測波長仕様
中心波長
λc
[nm]
380
412
443
490
530
565
673.5
673.5
763
868.5
868.5
673.5
868.5

基準輝度
最大輝度
軌道上
S/N 仕様値
Lstd
Lmax
最大輝度 Lcloud
IFOV(規定分解能)[W/m2/str/μm][W/m2/str/μm][W/m2/str/μm]
250 (250 km)
VN1
60
210
329
250 m / 1 km
VN2
75
250
589
250 m / 1 km
400 (250 km)
VN3
64
400
650
250 m / 1 km
300 (250 km)
VN4
53
120
645
250 m / 1 km
400 (250 km)
VN5
41
350
643
250 m / 1 km
250 (250 km)
VNR NP
VN6
33
90
648
250 m / 1 km
400 (250 km)
VN7
23
62
564
250 m / 1 km
400 (250 km)
VN8
25
210
564
250 m / 1 km
250 (250 km)
VN9
40
350
438
250 m / 1 km
1200 (1 km)
VN10
8
30
362
250 m / 1 km
400 (250 km)
VN11
30
300
362
250 m / 1 km
200 (250 km)
P1
25
250
564
1 km
250 (1 km)
VNR
PL
P2
30
300
362
1 km
250 (1 km)
基準輝度
最大輝度
軌道上
中心波長
波長幅
センサ
CH
Lstd
Lmax
最大輝度 Lcloud
IFOV
S/N 仕様値
λc [μm]Δλ [μm][W/m2/str/μm][W/m2/str/μm][W/m2/str/μm]
SW1
1.05
0.020
57
248
248
1 km
500 (1 km)
SW2
1.38
0.020
8
103
103
1 km
150 (1 km)
IRS
SWIR
SW3
1.63
0.200
3
50
59
250 m / 1 km
57 (250 m)
SW4
2.21
0.050
1.9
20
20
1 km
211 (1 km)
波長幅
中心波長
観測最小温度
観測最大温度
基準温度
センサ
IFOV
NEdT@ Tstd
CH
Tmin [K]Tmax [K]Tstd [K]Δλ [μm]λc [μm]
T1
10.8
0.74
300
180
340
250 m/ 500 m /1 km
0.2 (500 m)
IRS
TIR
T2
12.0
0.74
300
180
340
250 m / 500 m / 1 km
0.2 (500 m)(注 1) 基準輝度 Lstd は、各チャンネルで S/N を規定する輝度を示す。(注 2) 最大輝度 Lmax は、SGLI が観測できる最大輝度を示す。
センサ

CH

波長幅
Δλ
[nm]
10
10
10
10
20
20
20
20
12
20
20
20
20

(注 3) 軌道上最大輝度 Lcloud は、軌道上で想定している最大の入射輝度を示す。

11

観測チャンネルの波長特性は、光学系・検出器を含めたトータルの波長感度特性に対し規定する。波長幅(Δλ)はピーク感度の 50 %に相当する波長域である。中心波長(λ0)は、波長幅を 2 等分した、中心の波長を示す。ここに示す中心波長は、第 6 章に記述されている中心波長λc(b)とは異なる定義である。図 3.1-4 は波長特性の定義を示す。

λ1

λ1

λ2

図 3.1-4：波長特性の定義※λ1、λ2 はピーク感度の 50%に相当する波長である。
λ0 = (λ1＋λ2)/ 2

12

λ2

偏光観測
SGLI PL 観測機能は GLI にない新規追加機能であり、陸域観測強化を目的としてユーザから要求されている機能である。世界的にも 1 km 分解能での広域偏光観測ミッションは他になく、その成果が大きく期待されている。表 3.1-3 は VNR PL の主要性能を示す。SGLI
PL 観測においては、入射光の偏光状態(I, Q, U)が導出できる。
表 3.1-3：VNR PL の主要性能
性能 (仕様値)
0°、±60°±4％±1.3 °

項目
観測する偏光方位角
偏光度 P の精度 ⊿P/Pstd
偏光方位角φの精度※SGLI が観測する光の偏光状態は、ストークス・ベクトルの４つの成分（I, Q, U,
V）のうちの３つの成分（I, Q, U）である。光が偏光している度合い（偏光度 P ;Polarization Degree）および偏光している方向（偏光方位角φ ; Polarization
Angle）は、ストークスベクトルを用いて下式で表現される。

P=

Q2 + U 2
I1
2

φ = tan −1

U
Q※SGLI の偏光観測性能は、任意の偏光方位角φを持つ基準となる観測光（基準輝度 Lstd、基準偏光度 Pstd = 5 %）を観測した際の精度として規定される。このうち、偏光度の精度は偏光度の差分⊿P そのものではなく、差分と基準偏光度との比⊿
P/Pstd として定義している。

ΔP = Pobs − Ptrue

偏光観測精度13

ΔP Pobs − Ptrue
=
Pstd
Pstd

3.2 SGLI の観測運用
SGLI は、可視・近赤外放射計部(SGLI VNR)と赤外走査放射計部(SGLI IRS)の 2 つの放射計から構成されている。SGLI VNR の詳細については第 4 章に、SGLI IRS については
第 6 章に記述している。SGLI の観測イメージを図 3.2-1 に示す。SGLI では、日本付近(緯度 35 度)において 2 日に 1 回の観測が可能である。SGLI VNR の観測幅(FOV)は 1150 km、
SGLI IRS は 1400 km である。

OBS =observation (観測)図 3.2-1：SGLI の観測イメージ
ALOS は陸域観測技術衛星「だいち」の観測である。GLI は ADEOS-II に搭載されたグ
ローバルイメージャのことである。また MODIS は、NASA の地球観測衛星 Terra/Aquaに搭載されている NASA/GSFC により開発された光学センサ（中分解能撮像分光放射計）
である。

14

SGLI の基本観測パターンと SGLI の観測運用の概要をそれぞれ図 3.2-2 と図 3.2-3 に示す。日照観測は 19 チャンネルすべてで行われる。陸域・沿岸観測の分解能は、250 m もし
くは 500 m、外洋観測の分解能は 1 km である。また日陰観測は、短波長赤外チャンネル(SW3 (1.6 μm), SW4 (2.2 μm))の陸域・沿岸と、熱赤外チャンネル(TIR)の全域において観測される。地上日照観測として、VNR 及び IRS SWI 観測の開始・終了タイミングは、薄暮観測を目的として地上日陰明け−6 分〜地上日陰入り＋6 分とする。VNR 偏光は、チル
ト視を考慮する。上記の 6 分には、軌道予報誤差、センサコマンド応答時間等を含む。また真の要求は太陽天頂角 95°である。VNR 偏光チルト観測として、北半球は前方チルト、
南半球は後方チルトを通常観測シーケンスとする。また SGLI SWI の火災観測対応として、
SW3・SW4 は、常時日陰陸域では観測を実施する。なお、上記の観測パターンは、ハードウエア設計を行うための前提条件であり、実際の運用は別途規定される。表 3.2-1 には SGLIのデータレートをまとめた。

スバルバード局

勝浦局、鳩山局
日中
1km
夜間
250m

日中
250m

夜間
1km

日照陸域・沿岸域
250m分解能(21.0Mbps)

日中1km

図 3.2-2：SGLI の観測パターン
緑の線は、スバルバード局、勝浦局・鳩山局から衛星が見える(可視) 範囲である。

15

図 3.2-3：SGLI の観測運用の概要(注) 地上日照観測
VNR および IRS SWI 観測開始・終了タイミングは、薄暮観測を目的として地上日陰明け−6 分〜地上日陰入り＋6 分とする。VNR 偏光
は、チルト視を考慮する。（上記の 6 分には、軌道予報誤差、センサコマンド応答時間等を含む；真の要求は太陽天頂角 95°

16

表 3.2-1：SGLI のデータレート概要
観測

VNR
NP 観測
VNR
PL 観測
IRS
SWIR 観測IRS
TIR 観測
合計

設定

データ
レート
[Mbps]

陸域
・沿岸

日照
データレート
陸域・沿岸
TIR250 m

外洋

陸域
・沿岸

日陰
データレート陸域・沿岸
TIR 250 m

外洋

250 m 観測17.51717.51717.517――――

1 km 観測

1.383

―

―

1.383

―

―

―

1 km 観測

0.53

0.53

0.53

0.53

―

―

―

SW 1,2,4：1 km 観測SW3：250 m 観測

2.007

2.007

2.007

―

2.007

2.007

―

SW 1,2,4：1 km 観測SW3：1 km 観測

0.453

―

―

0.453

―

―

―

TIR 500 m 観測

0.868

0.868

―

―

0.868

―

―

TIR 1 km 観測

0.246

―

―

0.246

―

―

0.246

TIR 250 m 観測

3.353

―

3.353

―

―

3.353

―

―

20.92223.407

2.612

2.875

5.36

（注）TIR は、500 m 分解能観測から、250 m 観測に切り替えることが可能である。

17

0.246

(1) SGLI VNR の観測運用
SGLI VNR において、NP 観測用には 3 本の鏡筒が搭載されており、3 本で 1150 km(70 °)の観測が行われる(図 4.2-2 参照)。図 3.2-4 は VNR NP の走査イメージである。3 色のラインで書かれたものが、それぞれ 3 本の鏡筒の観測ラインを示す。VNR の非偏光観測
サブユニットには 11 ラインの CCD が搭載されており、それぞれ 1 ラインの素子数は 6000
素子である (第 4 章参照)。なお、プッシュブルーム方式を採用して、CT (クロストラック)方向(衛星の進行方向と垂直方向)の 4 素子と AT (アロングトラック) 方向 (衛星の進行方向) の 4 素子分をオンボードで加算して、250 m 分解能とする(図 4.4.3-3 参照)。

VN10
VN10

250 m

6000 pixel

VN9

約1150 km

VN10
VN7

AT方向

VN6
VN4
VN2
VN1
VN3
VN5
VN8
VN11
VN9

図 3.2-4：VNR NP の走査イメージ

18

250 m

AT方向

一方、PL 観測用には 2 本の鏡筒が搭載されており、0°、±60°の 3 つの偏光方位角に対して偏光観測を行う。図 3.2-5 は VNR PL の走査イメージである。NP と同じ CCD で 11
ライン中 3 ラインを使用する(第 4 章参照)。CT 方向の 7 素子と AT 方向の 7 素子をオンボードで加算し、1 km 分解能をもつ(図 4.4.3-3 参照)。

50

+ 60°

+ 60°
0°
- 60°

約1150 km40

1 km

6000 pixel

45

1 km
35

AT方向
30

25
125

130

135

140

145

150

+ 60°
0°
- 60°

図 3.2-5：VNR PL の走査イメージ

19

AT方向

(2) SGLI IRS の観測運用
SGLI IRS では、機械式走査方式(ウィスクブルーム方式)により、観測幅 80 °(1400 km)の観測が可能である。図 3.2-6 は IRS の走査イメージである。IRS には 6 チャンネルの検出器が搭載されている。

1400 km

図 3.2-6

IRS の走査イメージ

IRS センサは図の方向に走査させて観測を実施する。

20

4. VNR の概要
4.1 VNR 観測原理
SGLI は可視域から熱赤外域までの広い波長範囲(380 nm〜12 μm)の観測を行う。VNR
は可視域から近赤外域(380 nm〜868.5 nm)の波長域の観測を電子走査方式による広域観測(観測幅 約 1150 km)によって分担する多チャンネルの分光放射計である。
SGLI VNR は、光学系ユニット(SRU：Scanning Radiometer Unit)と電気系ユニット(ELU：Electrical Unit)の 2 つのユニットから構成され、SRU はさらに非偏光観測を実施
する非偏光観測サブユニット(VNR-NP)と偏光観測を実施する偏光観測サブユニット(VNR-PL)から構成される。
NP 観測サブユニットは、画角 24 °の 3 本の鏡筒を用いて合計 70 °(直下において約1150 km)の走査幅を 380 nm〜868.5 nm の波長域において 11 チャンネルで分光観測を実施する。
PL 観測サブユニットは、673.5 nm 用と 868.5 nm 用の 2 本の鏡筒を用いて、0°、±60°の 3 つの偏光方位角に対して偏光観測を実施する。偏光観測サブユニットは、ステッピン
グモータにより進行方向に前後 45 °チルト駆動し(図 4.1-1 参照)、チルト時において非偏光観測サブユニットと同等の 1150 km の走査幅を観測する。

地球方向

前方視

後方視

衛星進行方向図 4.1-1：PL 観測概念図

21

4.2 機能・性能
VNR は以下の機能を有する。
(1) 観測機能
可視から近赤外域 13 チャンネルを持ち、多チャンネルで観測を行う。そのうち 11 チャ
ンネルは非偏光観測(NP)、2 チャンネルは偏光観測(PL)で使用される。
(2) チルト機能
NP は直下固定で観測を行う。一方、PL は直下から進行方向に前後±45 °チルトする。
(3) 校正機能
太陽光および内部光源を利用しての校正を行うことが可能である。また拡散板の劣化をみるための、光量モニタを行う機能を持つ。
(4) 画像処理機能
取得した画像データを画像処理に必要なテレメトリデータと合わせて観測データパケッ
トを作成し、衛星のミッションデータ処理系(MDHS)へ出力する。
(5) テレメトリ/コマンド機能
衛星のテレメトリ・コマンド系(TT&C)からデジタル信号処理部(DSP)へコマンドを入力
し、VNR 走査放射計部のアナログ信号処理部(ASP)のモード設定、電気校正モード等を制御する。また、テレメトリとしてモード等のコマンド設定ステータス、及び、リファ
レンス電圧等のモニタステータスを出力する。
SGLI VNR の主要性能を表 4.2-1 に示す。また表 4.2-2 は SGLI VNR の主要コンポーネ
ント、図 4.2-1 は機能ブロック図である。図 4.2-2 は SGLI VNR SRU の外観図である。

22

表 4.2-1：SGLI VNR の主要性能項目
波長範囲チャンネル数中心波長&波長幅
地表面分解能(IFOV)
観測幅
S/N(1 画素あたりの)素子加算数
量子化
偏光感度
チルト
MTF
バンド間レジストレーション
リニアリティ
校正精度
重量
消費電力

性能 (仕様値)
380 nm〜868.5 nm
NP 11ch、PL 2ch
表 3.1-2
1 km & 250 m (公称)1150 km (公称)
表 3.1-2
CT 方向 4 素子×AT 方向 4 素子= 16 素子(IFOV 250 m)
CT 方向 7 素子×AT 方向 7 素子= 49 素子(IFOV 1 km)
12 bit
NP、PL ともに 2％以下
NP は直下固定、PL は直下±45°0.35
0.5 画素以内
2％
3％(1σ)
最大質量 291.2 kg (PDR 時点)
最大電力値 400 W 以内 (PDR 時点)

表 4.2-2：SGLI VNR 主要コンポーネント
ユニット

構成品名称

主要モジュール

鏡筒(3 本)

集光光学系
分光系
CCD

鏡筒(2 本)

集光光学系
偏光系
CCD

チルト機能

ステップモータ
角度検出器

アナログ
信号処理部

アナログ
信号処理部

非偏光アナログ信号処理部
偏光アナログ信号処理部

校正部

校正部
(NP・PL 観測用)

NP 観測系

PL 観測系
VNR 走査放射計部(VNR-SRU)

拡散板
拡散板駆動機構
内部光源
デジタル信号処理部
駆動系制御部
ヒータ制御回路VNR 電気回路部(VNR-ELU)

23

ユニット間ハーネス（VNR-WHN)

VNR走査放射計部（VNR-SRU)
非偏光観測系

非偏光アナログ信号処理部

非偏光光学部1

11ch
分
光
系

集光光学系

C
C
D

DET
PRE

検出器
電気部

11ch
11ch

検出器

非偏光信号処理１
非偏光信号処理２
非偏光信号処理３

部分冗長

非偏光光学部3（構成は同上）

電源部

デジタル信号処理部A

非偏光系デ ジタル
信号処理回路

観測データ

偏光系デジタル
信号処理回路電源部
非偏光光学部2（構成は同上）

VNR電気回路部（VNR-ELU)

テレメトリコマンド
RT1553
ディスクリートコマン
ド

共通回路

非偏光系電源部
電源回路
校正部

偏光系電源部

デジタル信号処理部 B
待機冗長

光量モニタヘッド部
拡散板

待機 冗 長内部光源ヘッド部

駆動系制御部A
拡散板駆動機構駆
動制御回路

拡散板駆動機構
内部冗長

チルト機構
駆動制御回路電源部
光量モニタ回路

偏光観測系
偏光・多方向光学部1
偏
集光光学系
光
系

電源

内部光源駆動回路
C
C
D

DET
PRE

検出器
電気部

検出器
偏光・多方向光学部2（構成は同上）

3ch
3ch

駆動系制御 部B
待機冗長

偏光信号処理１
偏光信号処理２
部分冗長
偏光アナログ信号処理部

ヒータ制御回路A
温度計測回路

チルト機構
ステップモータ

ﾋｰﾀﾄﾞﾗｲﾊﾞ回路

角度検出器
内部冗長

各温度センサへ電源
ヒータ制御回路B
待機冗長

各ヒータへ

図 4.2-1：SGLI VNR の機能ブロック図24

ディスクリートコマンド非偏光は鏡筒3本

衛星進行方向
(AT)

非偏光鏡筒
VN10

拡散板駆動機構部

鏡筒
光
偏

VN9

偏光は鏡筒2本

チルト機能±45°回転チルト駆動機構
地球方向

衛星進行方向+60°

深宇宙 方向0°−60°
図 4.2-2：SGLI VNR-SRU の外観図
左図、右上図、右下図はそれぞれ SGLI VNR 全体図、NP サブユニット外観図、PL サブユニット外観図を示す。また偏光観測サブユニ
ットは、ステッピングモータによりアロングトラック周りに前後 45 °チルト駆動する。

25

4.3 機能詳細
4.3.1 観測機能
(1)観測光はまず集光光学系に導入される。
(2)集光された光は、NP では分光フィルタにより分光され、11 ラインの CCD に入射する。
PL では分光フィルタで分光された後、偏光フィルターにより偏光分離され、CCD に入射する。
(3)プリアンプで増幅された信号は、アナログ信号処理部(ASP)で A/D 変換が行われる。
(4)A/D 変換されたデジタル信号はデジタル信号処理部でフォーマット化され、ミッショ
ンデータ処理系(MDHS)へ送られる。
4.3.2 チルト機能
VNR 偏光観測(PL)の 2 本の鏡筒は同一光学ベンチ上に配置され、光学ベンチをステッピ
ングモータでアロングトラック周りにチルト駆動することにより、±45 °のチルト観測が可能である。

26

4.3.3 校正機能
月校正ピッチマヌーバと感度偏差校正ヨーマヌーバは、それぞれ 1 ヶ月に 1 回、1 年に 1回実施され、長期間の校正を行う(4.3.3-3 節、4.3.3-5 節参照)。これを補間する短期の校正を行うために、1 週間に 1 回太陽光校正(4.3.3-1 節) を実施して、センサ入出力特性やバンド間相対感度、画素間感度偏差の精度を保証する。太陽光校正のバックアップとしては、
内部光源校正(4.3.3-2 節) を行う。表 4.3.3-1 は校正概要を示す。また図 4.3.3-1 は軌道上校
正計画をまとめたものである。
表 4.3.3-1：校正概要
搭載校正

校正マヌーバ

太陽光
校正

内部光源
校正

月校正
ピッチ
マヌーバ

黒体
校正

VNR
(NP,
PL)

○

○

○

SWIR

○

○

TIR

―

―

1st

運用
計画

Major
Milestone

Onboard
Calibration
Device

校正
機能

2nd

3rd

▽
打ち上げ
Launch

4th

5th

深宇宙
校正

太陽光校正
ヨーマヌーバ

感度偏差校正ヨーマヌーバ

―

―

○

○

○

―

○

○

―

△

○

○

―

―

1st year
6th 7th

8th

2nd Year
2nd 3rd 4th

9th 10th 11th 12th 1st

5th▽

初期校正検証段階▽

Ver. 1.0 Release 定常段階
Routine Operation Phase

Initial CAL/VAL Phase
InitialOn-Orbit Check Out
軌道上初期機能確認

5th Year
9th 10th 11th 12th

8th

定常段階
designed EOL
Routine Operation Phase

週1回
太陽光校正
(内部光源校正)Weekly Sun
Calibration (LEDCalibration as B/UP)△△ △△△△ △△△△ △△△△ △△△△ △△△△ △△△△ △△△△ △△△△ △△△△ △△△△ △△△△ △△△△ △△△△ △△△△ △△△△ △△△△△△△△ △△△△ △△△△ △△△△ △△△△

黒体校正
Black body Calibration△△ △△△△ △△△△ △△△△ △△△△ △△△△ △△△△ △△△△ △△△△ △△△△ △△△△ △△△△ △△△△ △△△△ △△△△ △△△△ △△△△△△△△ △△△△ △△△△ △△△△ △△△△

月校正ピッチマヌーバ
Lunar Calibration Manouver

校正
マヌーバ
Calibration
Manouver

△

△

△

△

△

△

△

△

△

△

△

△

△

△

△

△

△

△

太陽光校正ヨーマヌーバ
Sun Calibration Manouver for β correction△△(TBD)△(TBD)△(TBD)△(TBD)

感度偏差校正ヨーマヌーバ
Yaw 90deg Calibration Manouver△

Vical &
代替校正
Cross
＆相互校正

Callibration Campaign

Calibration

図 4.3.3-1：軌道上校正計画

27

△

△

△

4.3.3-1 太陽光校正
太陽からの直接光は、SGLI VNR に搭載された拡散板で拡散し、NP/PL おのおのの観測鏡筒へ導入し、校正を実施する。太陽光校正は 1 週間に 1 回、衛星日照/地上日陰に実施する。
4.3.3-2 内部光源校正
内部光源校正は LED を光源として、太陽光校正と共用の拡散板を通して入射される。内部光源校正、及び、太陽光校正の概念図を図 4.3.3-2-1 に示す。
太陽光校正、内部光源校正を実施時の概要を図 4.3.3-2-2 に示す。また内部光源校正は、
衛星日陰/地上日陰時に行う。

P
P1 L 鏡筒P
P2 L 鏡
筒

NP 鏡筒
右

NP 鏡筒
中央

NP 鏡筒
左

筒

筒
P
P2 L 鏡P
P1 L 鏡

構
機

構

チルト機能

動
駆

機
動
駆

チルト機能

NP 鏡筒
左
NP 鏡筒
中央
NP 鏡筒
右

太陽

板
散
拡

内部光源校正
色
白
D
LE 外
赤
近
D
LE

板
散
拡

太陽光校正

拡散板

LEDと光量モニタ
配置部品

拡散板
駆動機構

後方視した
PL鏡筒

PLチルト機能

図 4.3.3-2-1：内部光源校正、及び、太陽光校正の概念図

図 4.3.3-2-2：太陽光校正、内部光源校正実施の概要

28

4.3.3-3 月校正ピッチマヌーバ
SGLI 月校正ピッチマヌーバは、GCOM-C1 の姿勢をピッチ軸周りに(図 3.1-1 参照)マヌ
ーバすることにより撮像した、月の観測画像をラジオメトリック校正データとして使用し、センサ入出力特性、バンド間相対感度の評価、深宇宙画像を用いた暗時データの評価(SGLI
IRS 用)等を実施する。太陽光を反射する月は安定な光源であり、長期的な校正光源として適当である。月校正ピッチマヌーバは、観測運用終了まで継続して、月と太陽の会合周期である 29 日程度に 1 回の頻度で月校正マヌーバ運用を行う。また Phase Angle が 7°の時に、観測を実施する。校正対象チャンネルは、VNR 全観測チャンネル及び IRS 全観測である。
4.3.3-4 太陽光校正ヨーマヌーバ
地球は太陽周りを回っており、地球の楕円軌道と軌道傾斜角により、ヨー軸方向(太陽β角)が徐々に変化する。SGLI の太陽光校正ヨーマヌーバは、GCOM-C1 の姿勢をヨー軸周りに(図 3.1-1 参照)マヌーバすることにより、太陽光校正におけるヨー軸方向を校正する。
また 1 年に 1 回程度の頻度で(TBD)、地上日陰・衛星日照時(北極上空付近)に実施する。校
正対象チャンネルは、VNR 全観測チャンネル、IRS-SWIR チャンネルである。
4.3.3-5 感度偏差校正ヨーマヌーバ
SGLI 感度偏差校正ヨーマヌーバは、GCOM-C1 の姿勢をヨー軸周りに約 90°マヌーバ
することにより撮像した、地上ターゲットをラジオメトリック校正データとして使用し、画素間感度偏差を評価する。衛星をヨー軸周りに回転させ、異なる CCD 検出器が同じ地上のターゲットを観測出来るようにマヌーバを実施する。また 1 年に 1 回程度の頻度で(TBD)、
地上日照・衛星日照時に行う。校正対象チャンネルは、VNR 全観測チャンネルである。

29

4.4 主要コンポーネント概要
4.4.1 非偏光光学部・偏光光学部
観測光は集光光学系に集光される。集光された光は、NP では分光フィルタによって分光され、11 ラインの CCD へ導かれる。また PL では集光光は偏光フィルタにより 0°、±60°に偏光フィルタにより偏光分離され、CCD に入射する。VNR の放射計部のブロック図を図4.4.1-1 に示す。

図 4.4.1-1：VNR ブロック図30

4.4.2 CCD集光された光は、NP では分光フィルタにより分光され、また PL では偏光フィルタにより偏光分離され、CCD に入射される。図 4.4.2-1 に NP のチャンネル配置を、図 4.4.2-2 にPL の偏光方向の配置を示す。表 4.4.2-1 は VNR 鏡筒の主要諸元をまとめたものである。

図 4.4.2-1：NP のチャンネル配置+ 60 °

0 °−60 °衛星進行方向図 4.4.2-2：PL の偏光方向配置※670 nm、865 nm の鏡筒ともに、3 種類の偏光方向で観測が可能である。

表 4.4.2-1：VNR 鏡筒の主要諸元
非偏光鏡筒
NP
CCD

ピクセルサイズ AT
CT
ピクセル数
有効ライン長ライン数
素子加算数

撮像周期(Line rate)

偏光鏡筒
PL

13 μm
13 μm
6000 pixel
78 mm
11 line
CT 方向 4 素子
CT 方向 7 素子
×AT 方向 4 素子 ×AT 方向 7 素子
= 16 素子= 49 素子
106.7 Hz46.7 Hz
9.3 ms21.2 ms

31

SGLI VNR では受光素子(Photo Diode；PD)は 13 μm PD を採用し、アナログ信号から
デジタル信号に変換した後に画素加算(NP：CT4 素子×AT4 素子、PL：CT7 素子×AT7 素子)して等価的に飽和電子数を拡大する方式とした。NP は 11 ラインの CCD を使用し、また PL では NP と同じ 11 ライン CCD を採用し、3 ラインのみ駆動して使用することとした。
図 4.4.2-3 に CCD 画素加算方式のイメージを示す。

衛星進行(AT)による地表面撮像位置

1 素子(13 μm)が観測している範囲
・約 63 m；NP・約 143 m；PL

CCD
1 ライン

非偏光の

6000 素子 (CT 方向)
偏光のデジタル加算する範囲

加算処理

CT 4 素子×AT 4 素子

加算処理

デジタル加算する範囲
CT 7 素子×AT 7 素子
1 km×1 km

250 m×250 m
図 4.4.2-3：画素加算方式のイメージ※VNR で使用する CCD において、1 ラインの素子数は 6000 素子である。VNR では CCD
による電子走査を行う方式を採用した。NP では、CT 方向 4 素子を AT 方向に 4 素子加算
する、つまり 16 素子をデジタル加算して、250 m 相当の 1 画素とする。一方、PL においては、CT 方向 7 素子×AT 方向 7 素子=49 素子をデジタル加算して 1 km 相当の 1 画素とする。

32

図 4.4.2-4 に VNR の回路ブロック図を記載する。SGLI VNR では CCD による電子走査方式を採用しているために、ゲインは固定であるが、積分時間はコマンドにより 256 段階
で自由に変更できる。さらに LED 光源による内部光源校正光量が低いことに対応して、CCD ラインレート(= 積分時間)を通常の 16 倍・128 倍に伸ばす機能を有する。

CDS

CCD

CCD

S/H

ASP
ラインレート/積分時間の制御
図 4.4.2-4：VNR の回路ブロック図

33

A/D

CT

AT

加算

加算

DSP

4.4.3 校正部(1) 太陽光校正部
太陽光校正部は 1 週間に 1 回太陽光を導入する。太陽光を拡散板で拡散し、NP/PL おの
おのの観測鏡筒へ導入し、校正を実施する。
拡散板には、多数の軌道上実績を有する拡散特性の優れた Spectralon©を使用する。拡散板は太陽光校正を行う際に 45°に駆動して使用し、通常の地球観測時においては、観測の邪魔にならない退避位置に収納されている。拡散板が展開された状態で、PL 観測鏡筒を−45°後方にチルトさせることにより、PL 鏡筒も同時に校正が可能である。図 4.4.3-1 は拡散板を示す。太陽光校正の概念図は図 4.3.3-2-1 を参照のこと。

図 4.4.3-1：拡散板
VNR 内部光源校正における拡散板と観測鏡筒、光量モニタの関係を示す。

34

(2) 内部光源校正部
内部光源校正部は白色 LED と NIR LED を光源とする。光源は PL 鏡筒の駆動部に搭載し、太陽光校正と共用の拡散板を照らすことにより内部光源校正を実施する方式を採用している。内部光源校正は 1 週間に 1 回実施する。図 4.4.3-2 は内部光源の搭載イメージであ
る。

白色
LED

NIR
LED

PD

図 4.4.3-2：内部光源校正用 LED と光量モニタの搭載イメージ

35

4.4.4 アナログ信号処理部(ASP: Analog Signal Processor)
アナログ信号処理部は、プリアンプから出力されたアナログ信号をデジタル変換(A/D 変換)し、デジタル信号処理部に出力する。
また、デジタル信号処理部からの信号を受けて、検出器部や ASP のモード設定、電気校
正モード等を制御したり、CCD 駆動のタイミング信号を生成したりしている。

4.4.5 デジタル信号処理部(DSP: Digital Signal Processor)
デジタル信号処理部は、アナログ信号処理部からのデジタル信号形式の観測データを受け、画像処理に必要なテレメトリデータと合わせて観測データパケットを作成し、ミッションデータ処理系(MDHS)へ出力する。さらに衛星バスとのコマンド・テレメトリインター
フェースを行う。

36

5. IRS の概要
5.1 IRS 観測原理
SGLI 赤外走査放射計部(IRS)は機械式走査方式(ウイスクブルーム方式)により、1.05 μm〜12 μm の 6 チャンネルを観測幅 80 °(1400 km)で観測する放射計である。センサ方式は、
45 °走査鏡による機械走査方式である。また SGLI IRS は、光学系ユニット(SRU)と電気系ユニット(ELU)の 2 つのユニットから構成される。
入射光はリッチクレチアン型光学系を経由してダイクロイックミラーにより短波長赤外(SWIR) と熱赤外(TIR) に分光され、各々の検出器へと導入される。IRS SWIR は、1.05 μm〜2.2 μm の波長域において 4 チャンネルで観測を行う。また IRS TIR は、10.8 μm 、12.0μm の 2 チャンネルで観測を行う。

37

5.2 機能・性能
IRS は以下の機能を有する。
(1)観測機能短波長赤外から熱赤外 6 チャンネルを持ち、多チャンネルで観測を行う。そのうち 4 チ
ャンネルは SWIR、2 チャンネルは TIR で使用される。
(2)SWIR 校正機能
IRS SWIR チャンネルにおいて、太陽光および内部光源を利用して校正を行うことが可能である。
(3)TIR 校正機能
IRS TIR チャンネルに関しては黒体を用いた校正機能が搭載され、深宇宙データを利用した補正を行うことが可能である。
(4)画像処理機能
取得した画像データを画像処理に必要なテレメトリデータと合わせて観測データパケッ
トを作成し、MDHS へ出力する。
(5)テレメトリ/コマンド機能
衛星の TT&C から DSP へコマンドを入力し、IRS 走査放射計部の ASP のモード設定、
電気校正モード等を制御する。またテレメトリのモード等のコマンド設定ステータス、及び、リファレンス電圧等のモニタステータスを DSP から TT&C に出力する。
SGLI IRS の主要性能を表 5.2-1 に示す。また観測波長の仕様を表 5.2-2 に示す。
SGLI IRS の主要コンポーネントを表 5.2-3 に、機能ブロック図を図 5.2-1 に示す。また
SGLI-IRS の外観図とセンサ配置図を図 5.2-2 に示す。

38

表 5.2-1：SGLI IRS の主要性能項目
波長範囲チャンネル数中心波長& 波長幅
地表面分解能 (IFOV)
観測幅
S/N、NEΔT
1 画素あたりの素子数
量子化
偏光感度
MTF
バンド間レジストレーション
リニアリティ
校正精度
重量
消費電力
走査周期

性能(仕様値)
1.1 μm〜12 μm
SWIR 4ch、TIR 2ch
表 2.1-2
1 km & 500 m & 250 m (公称)1400 km (公称)
表 2.1-2
1 (SW1,2,4：IFOV 1 km)、1 (SW3：IFOV 250 m)
2 (T1,2：IFOV 500 m)
12 bit3%以下
0.35 以上
0.5 画素程度±2%以内
絶対精度 5％以内(SWIR)、±0.5 K(TIR)
最大質量 192.8 kg
最大電力値 400 W 以内 (PDR 時点)
740 ms (81 rpm)

表 5.2-3：SGLI IRS の主要コンポーネントユニット

IRS 放射計部(IRS-SRU)

構成品名称
走査機構部
集光・分光部

主要モジュール
走査鏡、走査回転部

短波長赤外検出器 (SWIR)TEC 制御部
SWIR 校正部
電源部

SWI 検知器、SW プリアンプ
ペルチェ素子拡散板、太陽光、内部光源
SWIR 用電源、TEC 制御回路部

熱赤外検出器 (TIR)
機械式冷凍機TIR 校正部
電源部

TIR 検知器TIR 用黒体TIR 用電源SWIR 用TIR 用

アナログ信号処理部
走査系制御部
IRS 電気回路部(IRS-ELU)

デジタル信号処理部
冷却系制御部
ヒータ制御回路部39図 5.2-1：機能ブロック図

40

太陽光
校正窓

地球方向
地球
観測窓

走査鏡
SWIRセンサ
TIR
センサ
黒体校正

深宇宙
校正窓

図 5.2-2：IRS の外観図とセンサ配置図
上図は IRS の外観図、下図は IRS センサの配置を示す。

41

図 5.2-3 IRS 走査による像回転概念図である。IRS は、45°傾けた走査鏡を１軸廻りに連続回転させることにより、必要な観測幅を実現する（図 5.2.2 において後述）。この走査方式の採用により、地表面に投影される検出器の像は観測画角に依存して複雑な回転運動をする。図 5.2-3 は、衛星から地表面を見た図（左図）と衛星進行方向に対して直角の方向から見た図（右図）である。
IRS の走査鏡が 360°回転するうち、地球を観測する角度は約 80°であり、回転周期740ms の約 1/4.5 の時間（165ms）に相当する。この観測幅は、地球表面において約 1400kmに相当する。
1 回の走査は、衛星進行方向に対して右側から左側に検知器の像が走査する。地表面に投影された検出器の像は、直下においてほぼ検出器と同じ方向となるが、観測端の±40°にずれて像が回転していく。

42

注)
検知器の配置は、図5.4.3-2および図5.4.3-4を参照のこと

図 5.2-3：IRS 走査による像回転概念図（左図：衛星から地表面を見た図、右図：衛星進行方向に対して直角の方向から見た図）43

5.3 機能詳細
5.3.1 観測機能
(1)走査鏡により反射された光はリッチクレチアン光学系に導かれる。IRS 走査角度と視野の定義を図 5.3.1-1 に示す。
(2)リッチクレチアン光学系を経由し、ダイクロイックフィルタにより分光された光が焦点面にある検出器に入射し光電変換される。
(3)SWIR で光電変換された信号については、ASP で A/D 変換が行われる。TIR で光電変換された信号については ASP で A/D 変換が行われる。
(4)A/D 変換されたデジタル信号は DSP でフォーマット化され、MDHS へ送られる。
5.3.2 走査機能
SGLI IRS は、45°鏡による機械走査方式を採用した。走査部はクロストラック方向に一定速度(740 ms/走査、81 rpm)で走査し光をリッチクレチアン光学系に導入する。

44

拡 散板

地球観測

拡散された
太陽光

深宇宙

ＬＥ

走査鏡

Ｄ

校正黒体
ライトガイド

図 5.3.1-1：IRS 走査角度と視野の定義
サンプル数は、DSP 出力のサンプル数である。

45

内部光源

5.3.3 校正機能
月校正ピッチマヌーバは、1 ヶ月に 1 回実施され、長期間の校正を行う(第 4.3.3 節参照)。
これを補間する短期の校正を行うために、1 週間に 1 回太陽光校正を実施して、センサ入出力特性やバンド間相対感度を保証する。太陽光校正のバックアップは、内部光源校正で行う。校正概要、軌道上校正計画については、表 4.3.3-1 と図 4.3.3-1 を参照のこと。
5.3.3-1 SWIR 太陽光校正
IRS では太陽光導入方式として、ライトガイド方式を採用した。太陽光はライトガイドから拡散板に当てられ、拡散板で散乱されて走査鏡に入る。太陽校正は 1 週間に 1 回行われる。
5.3.3-2 SWIR 内部光源校正
内部光源校正は、1.6 μm の LED とハロゲンランプを光源とし、走査鏡を通して実施される。内部光源校正は 1 週間に 1 回の頻度である。
5.3.3-3 TIR 黒体校正と深宇宙校正
IRS の搭載黒体は、TIR チャンネルの校正に使用する校正源である。深宇宙と搭載黒体の 2 点校正で行う。1 走査毎に校正を行う予定である。
太陽光校正、内部光源校正、および、黒体校正と深宇宙校正の概念図を図 5.3.3-3-1 に示す。
太陽光校正、内部光源校正、および黒体校正と深宇宙校正を実施時の概要を図 5.3.3-3-2に示す。太陽光校正は、衛星日照/地上日陰時に実施する。また内部光源校正は、衛星日陰/
地上日陰時に行う。

46

校正窓

拡散板

ライトガイド地球観測+Z (地球方向)

ライトガイド

拡散板

走査鏡
拡散された
太陽光

走査鏡
ライトガイドε > 0.98+X
深宇宙 (衛星進行方向)

黒体

ＬＥ

Ｄ
1.6 μm LED
ハロゲンランプ

黒体

図 5.3.3-3-1：太陽光校正、内部光源校正、黒体校正の概念図

図 5.3.3-3-2：太陽光校正、内部光源校正、および黒体校正を実施時の概要

47+Y(宇宙方向)

5.3.3-4 月校正ピッチマヌーバ
4.3.3-3 節を参照。
5.3.3-5 太陽光校正ヨーマヌーバ
4.3.3-4 節を参照。

48

5.4 主要コンポーネント概要
5.4.1 走査機構部および 45 °鏡部
走査機構部で保持された走査鏡は、740 ms で定速回転して観測光を SGLI IRS 内部に導いている。
SGLI IRS の走査方式は、45°鏡方式を採用した。図 5.4.1-1 に走査機構部を示す。45°
鏡部は走査鏡により反射された観測光を 90°折り畳むように反射させ、IRS 光学系へ入射させている。本方式は走査鏡への入射角が一定のため、走査鏡反射率の入射角依存性が発生しないラジオメトリック特性を優先した方式である。

図 5.4.1-1：走査鏡

49

5.4.2 IRS 光学系
走査鏡で IRS 内に導いた観測光は 45 °鏡で反射され、主鏡、副鏡の 2 枚の鏡を使用したリッチクレチアン光学系によって集光される。集光された光は、ダイクロイックフィル
タにより波長分離が行われ、SWIR 検出器、TIR 検出器へと導入される。IRS の観測方式
概要図を図 5.4.2-1 に示す。図 5.4.2-2 は集光光学系の写真である。

観測光・校正光リッチ・クレチアン光学系
主鏡

副鏡

走査鏡

SWI検出器

TIR検出器ﾀﾞｲｸﾛｲｯｸ
ﾌｨﾙﾀ
走査機構部

図 5.4.2-1：IRS の観測方式概念図

図 5.4.2-2：集光光学系

50

5.4.3 検知器部
ダイクロイックフィルターで分光された光は、短波長赤外(SWIR)検出器と熱赤外(TIR)
検出器の 2 つの検出器に入射され光電変換される。
(1) SWIR 検出器
SWIR 検出器には、SW1-4 の 4 チャンネルが搭載されている。IRS の走査イメージと SWIR
検出器の配列をそれぞれ図 5.4.3-1 と図 5.4.3-2 に示す。図 5.4.3-1 は図 3.2-6 と同じ図である。また表 5.4.3-1 に IRS SWIR の主要諸言を示す。

図 5.4.3-1：IRS の走査イメージ
IRS センサは図の方向に走査させて観測を実施する。
(注) 図 3.2-6 と同じ図である。

51

図 5.4.3-2：SWIR 検出器の配列
SWIR の焦点距離は 448 mm である。また SW1、2、4 の素子サイズは 560 μm(1 km)、
SW3 の素子サイズは 140 μm (250 m)である。

表 5.4.3-1：SWIR の主要諸元

進行方向の走査幅

IRS
SW1, 2, 4：560 μm (1 km)
SW3：140 μm (250 m)
SW1, 2, 4：5 素子
SW3：20 素子
2.8 mm(5 km)

走査周期740.0 ms (81.00 rpm)

撮像周期

35.7 μs (28.01 kHz)

素子サイズ
素子数

52

SWIR の検出器は InGaAs の光起電力(PV)タイプの検出器である。SWIR 検出器で発生した光電流は、画素ごとに持つ TIA(Trans Impedance Amp) 方式のプリアンプで電圧に変換する。ASP 内では、ポストアンプで A/D 変換への入力電圧に合わせるように増幅し、
A-MUX で画素多重化した後、A/D 変換器でデジタル信号に変換する。図 5.4.3-3 は SWIR
チャンネルの回路ブロック図である。

フィードバック抵抗 Rf
ポストアンプ
Gpost

A-MUX

+

A/D

Idet

SWIR検出器

D/A

プリアンプ出力
Vpre=Idet・Rf

ポストアンプ出力
VASP=Gpost・Vpre

プリアンプ

アナログ信号処理部 (ASP)

図 5.4.3-3：SWIR チャンネルの回路ブロック図

53

コマンド

(2)TIR 検出器
TIR 検出器(LWIRD)には、T1 と T2 の 2 チャンネルが内蔵されている。TIR 検出器の配列を図 5.4.3-4 に示す(走査方向は図 5.4.3-1 を参照)。表 5.4.3-2 は TIR の主要諸言である。

図 5.4.3-4：TIR 検出器の配列※TIR の焦点距離は 448 mm である。また T1、T2 ともに 1 画素の焦点面サイズは 140 μm (250m)である。

表 5.4.3-2：TIR の主要諸元

進行方向の走査幅

IRS
SW1, 2, 4：560 μm (1 km)
SW3, T1, 2：140 μm (250 m)
SW1, 2, 4：5 素子
SW3：20 素子
T1, 2：40 素子
2.8 mm(5 km)

走査周期740.0 ms (81.00 rpm)

撮像周期

35.7 μs (28.01 kHz)

素子サイズ
素子数

54

TIR 検出器は、MCT (HgCdTe)の光起電力(PV)タイプの検出器であり、かつ、Si プロセスで製作した ROIC (Read Out Integrated Circuit：読み出し回路)を、ハイブリッド化した構成である。MCT フォトダイオードで発生したキャリアは、画素ごとに持つキャパシタに蓄積されて電圧に変換し、ROIC 内でマルチプレクスした後に電圧値として出力する。また
キャパシタ容量はゲインに相当するパラメータであり、コマンドにより 3 通りのゲインから選べる設計となっている。
ASP 内では、背景光等のオフセット成分を差し引き(クランプ)、増幅した上で A/D 変換
して出力する。図 5.4.3-5 に TIR チャンネルの回路ブロック図を示す。

PV-MCT

ROIC

ポストアンプGpost2
Gpost1

+

A-MUX

-

A/D

Cdet
Idet

Voffset

積分時間 tint

D/A

ASP出力
VASP=Gpost2・(Gpost1・Vdet−Voffset)

LWIRD出力
Vpre∝Idet・tint/Cdet

アナログ信号処理部 (ASP)

TIR検出器図 5.4.3-5：TIR チャンネルの回路ブロック図

55

コマンド

また T1、T2 それぞれの Power/制御、及び、出力が 250 m 分解能相当の 2 系統に分離されている。図 5.4.3-6 に TIR 検出器の TDI (Time Delay Integration) 加算方式 (時間遅延積分方式)を示す。T1、T2 それぞれ 2 系統の出力として、TDI 的に時間をずらしながら DSP(5.4.6 章参照)で加算が行える設計となっている。この機能を持たせることにより、各チャンネルで、2 系統のうち 1 系統に不具合が生じたとしても、もう 1 系統の出力のため観測は継続が可能である。また 250 m 分解能観測(特殊観測運用)を実現することが可能である。

図 5.4.3-6：TIR 検出器の TDI 加算方式

56

5.4.4 校正部(1) 太陽光校正部
太陽校正は北極上空付近で実施される。太陽光導入方式として、ライトガイド導入方式を採用した。太陽光は、太陽光導入開口部に設置した透過型拡散板を通り、ライトガイド
内で多重反射され、拡散板に導入される。拡散板で拡散された光は、走査鏡を経て検出器に入射する。図 5.4.4-1 は太陽光校正太陽光導入部を示す。

図 5.4.4-1：太陽光校正太陽光導入部(ライトガイド)

57

(2) 内部光源校正部
内部光源校正部では、1.6 μm の LED とハロゲンランプを光源とした。拡散板を経由せず走査鏡から直接光学系へと入射する方式を採用した。図 5.4.4-2 は内部光源校正光源を示す。

LED

ハロゲンランプ

フォトダイオード
図 5.4.4-2：内部光源校正光源58

(3) 黒体校正部
搭載黒体は温度制御を行わない、放置型黒体を採用した。黒体材料には熱伝導率の良い
アルミニウム合金、さらに表面処理は特殊な黒色陽極酸化処理を採用して、赤外領域の放射率を高めている。これより搭載黒体の放射率は、0.98 以上になっている。図 5.4.4-3 に搭
載黒体を示す。

図 5.4.4-3：SGLI 用の搭載黒体59

5.4.5 アナログ信号処理部 (ASP)(SWIR)
アナログ信号処理部は、検出器からのアナログ信号を受信し、フィルタリングしてノイズ除去したものをデジタル変換(A/D 変換)し、DSP に出力する。
(TIR)
アナログ信号処理部では、検出部でマルチプレクスされた信号を受信し、A/D 変換を行
い、DSP に出力する。
また、デジタル信号処理部からのコマンドにより、6 段階の電圧を入力して電圧校正を行い、または、テレメトリをデジタル信号処理部へ出力する。
5.4.6 デジタル信号処理部(DSP)
デジタル信号処理部は、アナログ信号処理部からのデジタル信号形式の観測データを受け、画像処理に必要なテレメトリデータと合わせて編集処理を施した後、MDHS へデータを出力する。さらに衛星バスとのコマンド・テレメトリインターフェースを行う。

60

5.4.7 SWIR 冷却部
SWIR の冷却部はペルチェ素子である。ペルチェ素子は熱伝導半導体を利用したヒートポ
ンプであり、−30℃まで SWIR 検出器の温度を下げる。

5.4.8 TIR 冷却部
TIR の冷却部は、スターリング冷凍機である。この冷凍機は、1 段式スターリング冷凍機
であり、55 K まで検出器を冷却する。図 5.4.8-1 に冷凍機の外観を示す。

図 5.4.8-1：TIR 冷却機の外観

61

第6章

波長特性

6.1 波長特性概要
SGLI は、380 nm の可視域から 12 μm までを 19 チャンネルで観測する放射計である。
各チャンネルは、海色、雲、エアロゾル、陸域植生などの観測目的に対して適当な中心波長と波長幅を持つように設計されている。
SGLI へ入射した光は、図 3.4.1-1、図 5.3.4-1 のような各コンポーネントを経由して CCDへ入射する。SGLI の波長応答特性を図 6.1-1 に示す。この波長特性は BBM 試験で得られた測定値を用いている。この BBM 設計時点では、VN7 の波長幅Δλは 10 nm であった。

応答特性

SGLI VNR NP 波長特性 (BBM測定値)
1.2
1.1
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
350

※

400

450

500

550

600 650
波長 [nm]

※

700

750

※

800

850

900

応答特性

SGLI VNR PL波長特性(BBM測定値)
1.2
※
1.1
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
600 610 620 630 640 650 660 670 680 690 700 710 720 730 740 750
波長[nm]

図 6.1-1：SGLI 波長応答特性（１／２）※本図は BBM 測定値であり、PFM では微調整されている。

62

応答特性

SWIR波長特性 (BBM測定値)
1.1
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0.800

1.000

1.200

1.400

1.600
波長[micron]

1.800

2.000

2.200

2.400

12.5

13

応答特性

TIR波長特性 (BBM測定値)
1.1
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
9.5

10

10.5

11

11.5

12

波長[micron]

図 6.1-1：SGLI 波長応答特性（２／２）※本図は BBM 測定値であり、PFM では微調整されている。

63

6.2 各種代表量
バンド b における中心波長λc (b)は、応答関数 Rb (λ)から以下の式を用いて計算した。ここで記述した中心波長は重み付き中心波長であり、第 3 章にある中心波長λ0 とは異なる値である。N はデータの表 6.2-1 に示した測定データの範囲である。
a) 中心波長 (仕様値) （第 3 章、図 6.1-2 参照）

λ0 =λ1 + λ22=

λa ,hw + λb,hw
2(式 6.2-1)b) 中心波長 (重み付き中心波長)λ (b) = ∑ (wi ⋅ λiave )
N −1
i =1

wi =

λ

ave
i

N −1

∑ (w )i =1i

1⋅ (Rb (λi ) + Rb (λi +1 )) ⋅ (λi +1 − λi )2⎞
⎛ R (λ ) 2 + R (λ ) 2
λi +1 − λi
b
i +1
b
i
=
⋅⎜
− Rb (λi ) ⎟ + λi⎟
2
Rb (λi +1 ) − Rb (λi ) ⎜⎝⎠（式 6.2-2）（式 6.2-3）（式 6.2-4）

また半値幅について、表 3.1-2 の仕様値にある半値幅Δλとは異なる 2 つのΔλb-a, hw、半値
幅Δλb-a を定義する。図 6.1-2 に半値幅の定義を示した。前者の半値幅Δλb-a は、中心波長から長波長側、短波長側にそれぞれ最後に 0.5 以下になる波長の間隔で定義している(図6.1-2(a))。一方、後者の半値幅Δλb-a, hw は、重み付き半値幅であり、λb−λa で表される(図6.1-2(b))。

64

(a) 1/2 ピークによる半値幅(b) 重み付き半値幅

F(λ)

F(λ)

1

1

最大値

最大値

Δλb-a,hw
1/2＊最大値
Δλb-aλa,hw λ0

λb,hw

λmin

λa λc(b) λb

λmax

図 6.1-2：半値幅の定義※図(a)F (λb ,hw ) = F (λa ,hw ) =
半値幅

1
× 最大値
2

Δλb − a ,hw = λb ,hw − λa ,hw※図(b)∫λ (b) [1 − F (λ )] dλ = ∫λ
λb

λmaz

c

b

λc ( b )∫λa

F (λ )dλ[1 − F (λ )] dλ = ∫λ F (λ )

dλ

半値幅

λa

min

Δλb − a = λb − λa波長特性について、表 6.2-1 に計算結果をまとめる。λi の間隔は表 6.2-1 に示した各コン
ポーネントの測定間隔の最小になるように設定されており、VNR NP では 0.1 nm、VNR PL
では 1 nm、短波長赤外では 1 nm、熱赤外では 3〜14 nm 程度である。半値幅Δλは、中心波長から長波長側、短波長側にそれぞれ最後に 0.5 以下になる波長の間隔で定義している。

65

表 6.2-1：SGLI 波長応答の各種代表量 (BBM 測定値)
中心波長
SGLI λ0 [nm]
ch
(第3章)
VN1
379.54VN2
412.98VN3
443.52VN4
490.42VN5
531.67VN6565.32VN7
671.07VN8
671.62VN9
763.73
VN10 863.29
VN11 863.27
P1
672.51
中心波長
SGLI λ0 [μm]1/2ピーク左側の右側の半値幅
λb, hw-λa, hw 中心波長波長
波長λc (b) [nm](λa, hw)[nm] (λb, hw)[nm][nm]374.14384.95
10.81
379.59407.81
418.1510.34
412.98438.38448.6610.28
442.16485.20495.6410.44
490.24522.00541.3419.33
531.67555.53575.1019.58
565.40666.13676.019.88
669.95660.64682.61
21.97
671.73759.74767.72
7.98
763.76853.16873.4320.28
862.91
853.15873.4020.25
863.04661.94683.0821.14
672.73左側の右側の半値幅
λb, hw-λa, hw 中心波長
波長
波長

ch
SW1
SW2
SW3
SW4
T1
T2

(λa, hw) [μm]1.0422
1.3695
1.52422.1823
10.462
11.687(第3章)
1.05151.3792
1.62362.2071
10.82912.059(λb, hw) [μm]1.06081.38901.72302.2318
11.19712.431[μm]
0.01870.0195
0.19880.04950.735
0.744

λc (b) [μm]1.05161.38051.62332.207110.79412.083

重み付き
左側の
右側の
波長
波長
λa [nm]λb [nm]374.08385.02407.66418.36438.28448.73485.10495.91521.90541.88555.24575.55665.91676.24660.79682.99759.61
767.92853.24872.81
853.30872.80658.62680.49
左側の
右側の
波長

波長

[nm]
10.94
10.70
10.46
10.81
19.98
20.32
10.33
22.20
8.30
19.58
19.50
21.87
半値幅
λb-λa

λa [μm]
1.0413
1.36891.52302.180910.453
11.678λb [μm]
1.06171.38971.72322.233311.21212.411[μm]
0.02030.02080.20020.05240.759
0.732※BBM (試作試験用モデル)であり、PFM では微調整されているため、値は異なる。
※P2 は BBM の測定値はない。

66

半値幅
λb-λa

ピーク
波長
[nm]
379.90413.10443.10491.00537.20565.60673.60674.00764.70863.90863.10677.00
ピーク

測定範囲
最小波長
[nm]
360.00390.00420.00460.00490.00520.00640.00620.00740.00820.00820.00600.00
測定

測定範囲
最大波長
[nm]
400.00440.00465.00520.00570.00610.00700.00720.00790.00910.00910.00900.00
測定

波長

最小波長

最小波長

[μm]
1.04901.37901.56902.207010.84911.933[μm]
1.00001.33001.43002.1000
1.500
1.500

[μm]
1.10001.43001.83002.310016.00016.000

※
※
※
※
※

図表目次
表 2.2-1：GCOM-C1 システム主要諸元 ....................................................................................... 6
図 3.1-1：GCOM-C1 衛星全体図 ................................................................................................. 7
図 3.1-2：SGLI の概要 ................................................................................................................. 8
図 3.1-3：SGLI 観測..................................................................................................................... 9
表 3.1-1：SGLI 放射計の概要と光学設計 .................................................................................. 10
表 3.1-2：SGLI の観測波長仕様 ................................................................................................ 11
図 3.1-4：波長特性の定義 ........................................................................................................... 12
表 3.1-3：VNR PL の主要性能 ................................................................................................... 13
図 3.2-1：SGLI の観測イメージ ................................................................................................ 14
図 3.2-2：SGLI の観測パターン ................................................................................................ 15
図 3.2-3：SGLI の観測運用の概要 ............................................................................................. 16
表 3.2-1：SGLI のデータレート概要 ......................................................................................... 17
図 3.2-4：VNR NP の走査イメージ ........................................................................................... 18
図 3.2-5：VNR PL の走査イメージ ............................................................................................ 19
図 3.2-6 IRS の走査イメージ .................................................................................................... 20
図 4.1-1：PL 観測概念図 ............................................................................................................ 21
表 4.2-1：SGLI VNR の主要性能 ............................................................................................... 23
表 4.2-2：SGLI VNR 主要コンポーネント ................................................................................ 23
図 4.2-1：SGLI VNR の機能ブロック図 .................................................................................... 24
図 4.2-2：SGLI VNR-SRU の外観図 ......................................................................................... 25
表 4.3.3-1：校正概要 ................................................................................................................... 27
図 4.3.3-1：軌道上校正計画 ........................................................................................................ 27
図 4.3.3-2-2：太陽光校正、内部光源校正実施の概要 ................................................................ 28
図 4.4.1-1：VNR ブロック図...................................................................................................... 30
図 4.4.2-1：NP のチャンネル配置 ............................................................................................. 31
図 4.4.2-2：PL の偏光方向配置.................................................................................................. 31
表 4.4.2-1：VNR 鏡筒の主要諸元 .............................................................................................. 31
図 4.4.2-3：画素加算方式のイメージ ......................................................................................... 32
図 4.4.2-4：VNR の回路ブロック図 ........................................................................................... 33
図 4.4.3-1：拡散板 ...................................................................................................................... 34
図 4.4.3-2：内部光源校正用 LED と光量モニタの搭載イメージ ............................................... 35
表 5.2-1：SGLI IRS の主要性能................................................................................................. 39
表 5.2-3：SGLI IRS の主要コンポーネント .............................................................................. 39
図 5.2-1：機能ブロック図 .......................................................................................................... 4067

図 5.2-2：IRS の外観図とセンサ配置図..................................................................................... 41
図 5.2-3：IRS 走査による像回転概念図 ..................................................................................... 43
図 5.3.1-1：IRS 走査角度と視野の定義 ..................................................................................... 45
図 5.3.3-3-1：太陽光校正、内部光源校正、黒体校正の概念図 ................................................. 47
図 5.3.3-3-2：太陽光校正、内部光源校正、および黒体校正を実施時の概要 ............................ 47
図 5.4.1-1：走査鏡 ...................................................................................................................... 49
図 5.4.2-1：IRS の観測方式概念図 ............................................................................................ 50
図 5.4.2-2：集光光学系 ............................................................................................................... 50
図 5.4.3-1：IRS の走査イメージ................................................................................................. 51
図 5.4.3-2：SWIR 検出器の配列 ................................................................................................ 52
表 5.4.3-1：SWIR の主要諸元 .................................................................................................... 52
図 5.4.3-3：SWIR チャンネルの回路ブロック図 ....................................................................... 53
図 5.4.3-4：TIR 検出器の配列.................................................................................................... 54
表 5.4.3-2：TIR の主要諸元 ....................................................................................................... 54
図 5.4.3-5：TIR チャンネルの回路ブロック図 .......................................................................... 55
図 5.4.3-6：TIR 検出器の TDI 加算方式 .................................................................................... 56
図 5.4.4-1：太陽光校正太陽光導入部(ライトガイド) ................................................................. 57
図 5.4.4-2：内部光源校正光源 .................................................................................................... 58
図 5.4.4-3：SGLI 用の搭載黒体 ................................................................................................. 59
図 5.4.8-1：TIR 冷却機の外観.................................................................................................... 61
図 6.1-1：SGLI 波長応答特性 ..................................................................................................... 63
図 6.1-2：半値幅の定義............................................................................................................... 65
表 6.2-1：SGLI 波長応答の各種代表量 (BBM 測定値) .............................................................. 66

68

略語集
略称

正式名称(英語)

名称(日本語)ADEOS

Advanced Earth Observing
Satellite

地球観測プラットフォーム技術衛星「みどり」

ADEOS-II

Advanced Earth
Observing Satellite-II

環境観測技術衛星「みどり II」

ASP

Analog Signal Processor

アナログ信号処理部

AT

Along Track

衛星進行方向BBM

Bread Board Model

試作試験用モデル

CCD

Charged Coupled Device

電荷結合素子CDSCorrelated Double Sampling

相関二乗サンプリング

CT

Cross Track

衛星進行方向の直交方向

DN

Digital Number

デジタル値

DSP

Digital Signal Processor

デジタル信号処理部

ELU

Electrical Unit

電気系ユニットEM

Engineering Model

開発モデル

FOV

視野
地球環境変動観測ミッション

GLI

Field of View
Global Change Observation
MissionGlobal Imager

IFOV

Instantaneous Field of View

瞬間視野，瞬時視野角・空間分解能

IRS

Infrared Scanning Radiometer

赤外走査放射計部

LEDLight Emitting Diode

発光ダイオード

MCT

HgCdTeMDHS

Mission Data Handling Subsystem

GCOM

MODIS
MTF
NEdT
NP

ADEOS-II 搭載用の光学センサ

MODerate-resolution Imaging
Spectroradiometer
Modulation Transfer Function
Noise Equivalent Differential
Temperature
Non Polarized

水銀-カドミウム-テルル化物(赤外線半導体検出器)
ミッションデータ処理系
中分解能撮像分光放射計
解像力を示す指標
雑音等価温度
非偏光

OCTS

Ocean Color
Temperature Scanner

海色海温走査放射計

PD

Photo Diode

フォトダイオード

PFM

Proto-Flight Model

プロトフライトモデル

PL

Polarized

偏光

69

ROIC

Read Out Integrated Circuit

読み出し回路

SGLI
SD
S/H

Second Generation Global Imager
Solar Diffuser
Sample-Hold

多波長光学放射計
拡散板
サンプル＆ホールド

S/N

Signal-to-Noise Ratio

信号対雑音比

SRU
SWIR
TDI
TEC
TIA
TIR
TT&C

Scanning Radiometer Unit
Short Wavelength Infrared
Time Delay Integration
Thermoelectric Cooler
Trans Impedance Amplifier
Thermal Infrared
Telemetry, Tracking and Command
Visible/Infrared
Imager Radiometer Suite
Visible andNear Infrared Radiometer

光学系ユニット
短波長赤外
時間遅延積分方式
熱電クーラー
トランスインピーダンスアンプ
熱赤外
テレメトリ・コマンド系

VIIRS
VNR

70

MODIS の後継センサ
可視・近赤外放射計部