遠距離海洋レーダによる
遠距離海洋
ダによる
対馬暖流分岐流の観測計画
杉谷 茂夫
1・岩井 宏徳
1・雨谷 純
1・森本 昭彦
2・藤井 智史
3・
杉谷 茂夫
1・岩井 宏徳
1・雨谷 純
1・森本 昭彦
2・藤井 智史
3・
滝川 哲太郎
4・市川 香
5・久島 萌人
2・川村 誠治
6・花土 弘
6 1. 情報通信研究機構沖縄電磁波技術センター 2. 名古屋大学地球水循環研究センター 2. 名古屋大学地球水循環研究センタ 3. 琉球大学工学部 4. 水産大学校海洋生産管理学科 5. 九州大学応用力学研究所 6. 情報通信研究機構電磁波計測研究所 海洋レーダ研究集会九州大学応用力学研究所 2013年12月19日 6. 情報通信研究機構電磁波計測研究所お話の概要
お話の概要
• 対馬暖流観測の概要
• 観測に用いる海洋レーダの概要
観測に用いる海洋レ ダの概要
NICT遠距離海洋レーダ
バイスタティク受信機の開発
ビーコン局の開発
ビ コン局の開発
分散型海洋レーダの開発
対馬暖流の流路
• 対馬暖流は台湾海峡を通過する台湾暖流を起源とし東シナ海陸
棚上を通り対馬海峡から日本海へ流入し、津軽海峡・宗谷海峡か
ら流出する
ら流出する。
Korea Japan Japa China対馬暖流の流路
対馬暖流
流路
• 対馬暖流は台湾海峡を通過する台湾暖流を起源とし東シナ海陸
棚上を通り対馬海峡から日本海へ流入し、津軽海峡・宗谷海峡か
ら流出する
ら流出する。
• 対馬暖流の流路および流路変動については1980年代から多くの
研究がされてきた。
• これまでの研究により示唆されている対馬暖流の流路を大別する
と以下の３つに分けられる。
• 最近の研究では、対馬暖流の流路は2分枝もしくは3分枝であると
最近の研究では、対馬暖流の流路は2分枝もしくは3分枝であると
いう報告が多い。
対馬海峡通過直後の対馬暖流の流路を詳しく調べ
対馬海峡通過直後の対馬暖流の流路を詳しく調べ
ると、2分枝、3分枝流路よりもより複雑な流路を取る
とが示唆されている
ことが示唆されている。
数値モデル 人工衛星データ 数値モデル 人工衛星デ タ Ito et al. (2013) 広瀬ら(2009)表層塩分の季節変化
遠距離海洋レーダ（情報通信研究機構：ＮＩＣＴ沖縄）
黒潮 石垣局と 与那国局 与那国局 による観測 遠距離海洋レーダ与那国局の遠景分散型遠距離海洋レーダー開発・実証実験
(2010年より準備）
(2010年より準備）
科学研究費補助金 基盤研究（A) H25‐H28 「遠距離海洋レーダを用いた対馬暖流の流路観測と流路分岐メカニズムの解明」 森本昭彦（研究代表者）、杉谷茂夫、滝川哲太郎、藤井智史、市川香、雨谷純、広瀬直毅対馬暖流観測実験海洋レーダサイト
対馬局と相島局の概要 対馬局のレーダは石垣島 に設置されていた既存の対馬局
に設置されていた既存の遠距離海洋レーダを設置 相島局設置場所の航空写真 する。 相島局にはバイスタティク レーダサイト 相島局にはバイスタティク 受信によるレーダサイトを 設置する。（送信しない） １局の探査距離は約200Km レーダサイト ダサイ相島局
韓国 本州 本州 対馬暖流観測範囲 ＊国土地理院地図より引用相島局
アンテナ設置予定地
（相島局）対馬局
対馬局
置
対馬局アンテナ配置
遠距離海洋レーダのアンテナシステム
•
NICT遠距離海洋レーダ局は9MHz帯の周波数を用いて海況情報を取得する
レーダ局である
レ ダ局である。
•
NICT遠距離海洋レーダ局は送信用に3素子の八木アンテナ1本を用いてファ
ンビーム送信を行うのに対して、受信用には2素子の八木アンテナを16本用
ビ
グ
ズ
ビ
いることよりデジタルビームフォーミングを行うフェーズドアレイ方式で、ビー
ム幅を狭くして必要な海域を観測する手法を用いている。（与那国と石垣局の場合）
9.2MHz ・ ・ ・ RX RX RX RX RX TX 送信機１台 受信機１６台バイスタティク受信予備実験 in 与那国
モノスタティクレーダとバイスタティ
クレ ダ
クレーダ
側方散乱を利用して散乱体の様子
を調べる→バイスタティク
を調べる→バイスタティク
1送信機に対して複数の受信機を
展開可能→コスト削減 周波数資
展開可能→コスト削減、周波数資
源の有効利用
技術的な課題→ブラッグの散乱条
技術的な課題
ブラッグの散乱条
件がモノスタティクより複雑・遠隔地
での時刻同期→与那国・石垣間で
実験
バイスタティク受信の概念図バイスタティック海洋レーダ受信機開発の背景
NICTの研究開発：パッシブレーダ技術 NICTの研究開発：パッシブレ ダ技術 ・自ら電波を出す従来型レーダと異なり、既に他の目的で放射されている電波を利用して、 情報を得る技術。 ・バイスタティックも広義のパッシブ 台湾レーダからのバイスタティック散乱波受信実験＠与那国 2011年9月20日～9月22日および2012年6月11日～6月14日 （川村他2012, 2013） イスタティックも広義の ッシブ （川村他2012, 2013） TORI 國研院台灣海洋科技研究中心 青色：NICT海洋レーダ 水色：TORIテスト観測 TORI 國研院台灣海洋科技研究中心 Taiwan Ocean Research Institute 水色：TORIテスト観測 （2012/6/11から） 中心周波数：4.58MHz与那国島でのバイスティク受信システム
ch5 ch6 ch7 ch8 ch1 ch2 ch3 ch4
GPS i
GPS antenna Signal generator GPS receiver
10 MHz
1 PPS
LAN
(for phase calibration) PC LAN 3 4 6 7 8 AMP＆Filter Divider of GPS signals USRP‐N210 GPS antenna 1 2 5 USRP‐N210
バイスタティック海洋レーダ受信機開発のための検討事項
ソフトウ ア無線機 8チャンネルADボード ソフトウェア無線機
USRP (Universal Software Radio Peripheral)
8チャンネルADボ ド M2i.4932-exp（SPECTRUM社） ○台湾レーダからのバイスタティック 散乱波受信実験他で利用実績あり ○100MHzでサンプリングして、任意の ○M2i.4932-expを2台使用で、16チャンネルの 信号を同期サンプリング可能 ○ADボードの分解能は16ビット プ グ ○100MHzでサンプリングして、任意の レートまでデシメーション（間引き）可能 △ADボードの分解能は14ビット △16チャンネルの受信にはUSRPを ○最大サンプリング周波数31.25MHz, 帯域>15MHz △純粋にADしかしないので、 IQ分離やデシ メ シ ンなどのデジタル信号処理をソフトウ ア ャ 受信 を 16台使用 △各USRPの同期のずれをある程度の 頻度で確認しなければならない メーションなどのデジタル信号処理をソフトウェア で行わなければならない デジタル信号処理部分をGraphics Processing Unit（GPU）上に実装 （＊処理の並列化による高速化を図る）
バイスタティック海洋レーダ受信機開発のための検討事項
・最小限のアナログ部 ・受信アンテナからADボード（サンプラー）までアンプとバンドパスフィルタのみで 9.2595MHz±11kHzの送信信号（直達波）および海面からの散乱波を受信 ・アナログ部の開発には時間とお金がかかる、一度作ってしまうと変更がきかない ・複数チャンネルの同期 ・16本（15本？）の受信アンテナ（チャンネル）からの信号を同期サンプリング ・各アンテナでの受信信号の同期が取れないと、デジタルビームフォーミングができない ボ ドで各チ ネ の同期が完全に取れる とを保証するか 各チ ネ の ・ADボードで各チャンネルの同期が完全に取れることを保証するか、各チャンネルの 位相のずれを後で補正できるようにする 広いダイナミックレンジ ・広いダイナミックレンジ ・対馬・相島間は直線距離で約160km離れている（＊与那国・石垣、与那国・台湾間は 約120km） ・送信局および散乱波源から受信局への距離が遠いため 微弱な信号を検出できる ・送信局および散乱波源から受信局への距離が遠いため、微弱な信号を検出できる ように広いダイナミックレンジが必要フェーズドアレイ受信アンテナシステムを用いた
遠距離海洋レーダ
• NICT遠距離海洋レーダ局は9MHz帯の周波数を用いて海況情報を取得するレーダ局 である。 • NICT遠距離海洋レーダ局は送信用に3素子の八木アンテナ1本を用いてファンビーム 送信を行うのに対して受信用には2素子の八木アンテナを16本用いてデジタルビーム フォーミングを行うフェーズドアレイ方式により、ビーム幅を狭くして必要な海域を観測 する手法を用いている （石垣 与那国局の場合） する手法を用いている。（石垣・与那国局の場合） • 使用する電波が9MHzと短波帯で波長の長い周波数のためアンテナの構造は大きい。 受信用アンテナを設置した際に土地の形状などの制約によりビームパターンに影響を 及ぼす可能性が多分にあるため、設計時の理想的なビームパターンを形成することが 及ぼす可能性が多分にあるため、設計時の理想的なビ ムパタ ンを形成することが できたかどうかの検証が必要である。 ・ ・ ・ 9.2MHz RX RX RX RX RX TX 送信機１台 受信機１６台 ビ ムパタ 検証を行うために船舶に搭載可能 遠
