第 3 章　レーダーリモートセンシングの原理

第3章　レーダーリモートセンシングの原理 通信情報システム専攻深尾研究室　M1　河村　高道

パルスレーダー • 距離の測定 • 方位角、仰角の測定 • エコー強度の算出距離 r c 距離分解能観測最大距離

対象標的 • ソフトターゲット • 連続分布型標的 • 大気乱流 • 成層大気からの反射(分反射) • ハードターゲット • 孤立型標的 • レーダー波長より大きな標的(航空機、船舶) • 離散分布型標的 • 微小粒子の集合体(雨粒、雲粒) →　大気レーダー →　気象レーダー

孤立型標的に対するレーダー方程式 σはレーダー断面積と呼ばれるもので標的の形状や性質、レーダー波長によって決まる。

散乱の特性 • 標的の大きさで分けられる • レイリー領域 • 降水粒子 • レーダー断面積は　　に比例 • ミー領域(共振領域) • レーダー断面積はレーダー波長に対して振動的に増減 • 光学領域 • 航空機、船舶 • レーダー断面積は　　　　　　に漸近

球状の誘電体による散乱 雨滴による電波の散乱距離rsでの散乱電界

誘電体内部の電界 • 単一の球状誘電体の場合散乱電界

散乱電界 • 球状の誘電体が多数分布する場合平均散乱電力

散乱強度 →　σを∑σに置換

離散分布型標的のレーダー方程式 z 左図の水色の部分の微小散乱断面積の総和 y 主ビームレーダーアンテナ x →r-2に比例離散分布型標的のレーダー方程式

レーダー反射因子 離散分布型標的はレイリー近似が成り立つ σ　　　レーダー断面積 η　　　レーダー反射率 D　　　粒子の直径 N(D)　微小粒子の粒径分布＝Z(レーダー反射因子)

ミー公式 • 降水粒子による電波散乱 →レイリー散乱 • 粒径の大きな降水粒子による散乱 →レイリー近似ではなくミー公式を用いる

複素屈折率 複素誘電率複素透磁率複素屈折率 →電波の振幅の減衰率を示す mKを用いると、|K|2値は

レイリー散乱 粒径≪レーダー波長、α≪1のときレイリー近似により →個々の粒子の後方散乱断面積等価レーダー反射因子 →複雑な形状をした降水粒子に対するレーダー反射因子(= ) 雪や氷粒の|K|2値 → 水の|K|2値

連続分布型標的の散乱特性 大気の屈折率＝大気圧＋大気温度＋水蒸気の分圧＋電子密度 →大気乱流によって上記のパラメータが変動 →屈折率に揺らぎレーダー電波を散乱　→　ブラッグ散乱、分反射ブラッグ散乱分反射散乱体積内に多重の反射層 ↓ ブラッグ反射と分反射の中間的な特性 ↓ 分反射性散乱、フレネル散乱レーダーレーダー

ブラッグ散乱に対するレーダー方程式 sは電波充満の度合いに関する定数連続分布型標的に対するレーダー方程式ブラッグ散乱の受信電力は送信電力　　と　　の積に比例、送信パルス幅に比例

屈折率の揺らぎの空間スペクトル (後方散乱) →　送信電波の半波長の空間スケールを持つ揺らぎが散乱に寄与屈折率の揺らぎの空間スペクトル密度散乱体の空間分布の自己相関関数 1次元スペクトル

と　　　　の関係式 3次元スペクトル等方乱流の場合の 1次元スペクトルと 3次元スペクトルの関係式は電波散乱の特性に関与は屈折率nの揺らぎをゾンデなどのセンサで求めたスペクトルに対応

大気乱流のレーダー反射率 微小誘電率変動δεとするとき大気乱流による散乱電界後方散乱の場合の散乱電力から空間スペクトル密度とレーダー反射率等方性媒質の場合のηとΦ(κ)の関係式 ηとS(κ)の関係式

慣性小領域における反射率 • 乱流構造係数大気乱流によるレーダー反射率と波長の関係式 →ηはレーダー周波数の1/3乗に比例

成層大気からの分反射 分反射に対するレーダー方程式分反射係数

線状標的からの散乱 流星飛跡孤立型標的と分布型の中間に位置する標的 →流星飛跡 →受信電力はに比例 →孤立型標的の　　　と分布型標的の　　　の中間流星エコーから高度域の水平風の推定や背景大気の温度の推定 P s r ds P’ r’ レーダー

第 3 章 レーダーリモートセンシングの原理