SAR（合成開口レーダ）ってなんだろう？

2022/03/20

SARってなに？

じおじぃ

昨今の世界情勢で、急に「SAR」という文字がニュースに躍り出るようになったのう

人工衛星っていってるけど、なんのことだかよくわかんないや

もじお

じおじぃ

そうじゃろうと思ったから、SARデータ解析をして地盤変動を検知しているEdafos社に取材しておいたぞ

あいかわらず突撃隊だね、じおじぃは…

もじお

じおじぃ

SARは「サー」と読むのじゃが、Synthetic Aperture Radarの略称で、日本語では合成開口レーダという

げげ。さらに難しくなった…

もじお

じおじぃ

難しいことはさておき、SARというレーダを搭載した衛星のことを「SAR衛星」というが、めんどうくさいので衛星のこともレーダのこともどちらもSARというのが一般的なんじゃよ

レーダを載っけた人工衛星ってことなんだね
レーダってことは、何かを探しているの？

もじお

じおじぃ

おお、もじお！ずいぶん気が利いたことを言うのう

だってレーダって、飛行機が別の飛行機を見つけるときに発射してるものじゃなかった？

もじお

じおじぃ

子供モグラで成績はオール1の割によく知っとるのう

うん。レーダを発射して別の飛行機に当たると、跳ね返ったレーダでその飛行機の位置がわかるって聞いたことがあるんだよ。オモシロイなぁと思って

もじお

SARの仕組み

じおじぃ

意外なことを記憶してるもんじゃ。
そうじゃ。SARも同じ原理でホレ、この図のとおり、人工衛星からレーダを地表に向けて発射して、跳ね返ったレーダ、つまり電波じゃな。それを人工衛星自身がキャッチするんじゃ

（画像提供：Edafos社）

うわ～、跳ね返る波がいっぱい。これじゃ何が何だかわからないよ

もじお

じおじぃ

おお。いいところに目をつけたのう。逆にそれを利用するのじゃ。いっぱいの跳ね返る波それぞれに情報が載ってるから、地表の状態がわかるんじゃよ

地表の状態？

もじお

じおじぃ

この図を見るのじゃ

（画像提供：Edafos社）

ははあ、なるほど。モノによって跳ね返り方が変わってくるんだね
でもこれだと、建物とトラックと橋の区別がつかないじゃない

もじお

じおじぃ

そうなんじゃよ。SARは衛星写真ではないので物体を完全に特定するのはムリなんじゃ。その代わり、昼だろうが夜だろうが、晴れていようが雨だろうが、同じように電波が戻ってくるのが便利なところなんじゃ

SAR画像の見え方

そりゃ便利だけど、写真みたいに見えないんじゃつまらないじゃない

もじお

じおじぃ

つまらないかどうかは、何を見るかで決まってくる
じゃから、実際の画像を見てみるぞ

Sentinel-1の強度画像（画像提供：Edafos社）

うわ～、東京だ。白黒画像なんだね。白が強いところと弱いところがあるよ

もじお

じおじぃ

それがまさに、反射波の強さなのじゃ

なるほど。だからビルだらけのところは白くて、海は真っ黒なんだね

もじお

じおじぃ

皇居や公園は薄いグレーじゃろ

ほんとだ！あ、木や草や、土だからだね

もじお

じおじぃ

詳しく見るために、青で囲んだところのアップを見るぞ

Sentinel-1の強度画像（画像提供：Edafos社）

あ、レインボーブリッジだ。よくわかるねぇ
第六台場は森だから濃いグレーだね
ん？海の上に白い点があるけど、船なの？

もじお

じおじぃ

それを知る前に、もっとアップが見たい、という視聴者のために、先に青で囲んだところのアップを見るぞ

Sentinel-1の強度画像（画像提供：Edafos社）

うわ。ここまで拡大すると図がガタガタだ。橋と海の境界もハッキリしないんだね

もじお

じおじぃ

いわゆる解像度、デジカメでいうところの画素のサイズの問題なんじゃ。地上からはるか数100km上空を飛んでるでな。限界があるんじゃよ

ふ～ん、そうなんだ
ところでじおじぃ
さっきの船かどうかは見分ける方法があるの？

もじお

2枚のSAR画像の差を見る

じおじぃ

船は動くじゃろ。人工衛星は地球をぐるぐる回って定期的に同じ場所に戻ってくるから、この画像と別の日に撮った同じ場所を比較してみればわかるんじゃよ

Sentinel-1の強度画像（画像提供：Edafos社）

むむ！？　同じにしか見えないけど…
あ！白の強さが違うところがあったりするねぇ

もじお

じおじぃ

そうじゃろ。船が気になるから、先ほどと同じ場所を比較してみるぞ

Sentinel-1の強度画像（画像提供：Edafos社）

あ！海の上の白い点が、同じだったりなくなってたり…
そうか！なくなってるのは動いているから船だってわかるんだね！

もじお

じおじぃ

そのとおりじゃ。③だけは、船にしては大きすぎるのでなんだか怪しいが、船が連結しているか、なにか別のモノかもしれんなぁ

なるほどね！衛星は何日か周期で同じ場所に帰ってくるから、前の画像と後の画像を比較することでいろんな違いが見えるようになるんだね

もじお

じおじぃ

さきほどの反射波の図で「植生：通り抜けるかわずかに反射」とあったじゃろ
実は、レーダが木を通り抜けられるのは、今のところ日本の衛星だけなんじゃ

え？そうなの？他の国の衛星はそうじゃないの？

もじお

じおじぃ

日本は日本の地面の観測をしたくて打ち上げたので、植生の多い国土から、よく通り抜けるレーダを搭載したんじゃ

植生を通り抜けるということは地面で反射するのか
じゃぁもし、ある日突然森のなかに金属の大きな物体が潜んでいたら、SARならそれを見つけられるってコト？

もじお

じおじぃ

なんだか恐ろしいことに気づいたのう。ま、そういうことじゃ

SARの地球科学での利用

でさぁ、なんで地面マニアのじおじぃがSARについて詳しく知りたかったの？

もじお

じおじぃ

よくぞ聞いてくれた！
SAR画像を解析すると、なんと火山が膨らんでいるとか、断層運動で地表がどう変形したかがわかるんじゃよ～（ウハウハ）

うわ！じおじぃのマニアック度、炸裂だぁ！
まぁいつものことだからさておき、なんであんな白黒画像でそんなことがわかるの？

もじお

じおじぃ

おぉおぉ、嬉しいことを聞いてくれるのう

マ、マニアックに火をつけてしまった…

もじお

じおじぃ

使うのはなぁ、白黒画像じゃないんじゃ
最初の図の②に、波には「衛星までの距離」情報が載っているとあったじゃろ

あ、そういえばそうだね

もじお

じおじぃ

1回目の撮像したときの距離と、2回目に撮像したときの距離を比べることで差が出るじゃろ
動いてなければ距離は変わらんが、動いてれば距離が変わるじゃろ
ホレ、この図のとおりじゃ

SARによる地盤変動抽出の原理。図中の「12」という数字は、Sentinel-1の回帰周期。（画像提供：Edafos社）

へぇ～！さっきの白黒画像と全然違う内容でビックリしたけど、こんなこともわかるんだね！

もじお

じおじぃ

そうなんじゃ。じゃからSARを使えば、噴火の兆候をつかんだり、地表に活断層が出なくても面的なわずかな変動をSARで捉えることで断層の位置を推定したりできるんじゃ

それはボクもワクワクする！

もじお

じおじぃ

それにな。もっと大きな目で見ると、プレートの動きによってどう日本が変形しているかも見えることもあるんじゃよ

おお、鳥肌が立つねぇ！

もじお

だから、もじおはモグラじゃろ

じおじぃ

大きな目で見るとそうだけど、小さな目で見るとどうなの？

もじお

じおじぃ

うむ。SARデータで複雑な解析をすれば数mm程度の地盤の変動を捉えられるから、例えば土砂災害の予兆や、じわじわ地盤沈下しているのも見えるんじゃよ

へぇ～、それは世の中の役に立ちそうだね

もじお

じおじぃ

Edafos社曰く、SARは1990年代にはあった技術じゃが、IT環境などいろいろ整って、研究以外でも幅広く伝えるようになったのはごく最近じゃそうじゃ。今はまったくメジャーじゃないSARじゃが、いつかSARで地盤変化を見るのが当たり前の時代が来るじゃろな

早くそういう時代が来るといいな
そしたら地盤災害で困ってしまう人も減るもんね

もじお