合成開口レーダー干渉計(InSAR)は、マイクロ波を用いた全天候型地表観測技術です。主な特徴:
- 🌍 全天候監視能力
雲・降雨・夜間でも観測可能
- 📏 サブミリメートル精度
変位検出精度0.7mm/年レベル
- 🛰️ 広域カバレッジ
単一画像で数百km²をカバー
位相干渉とデータ処理
位相差と変位逆解析
InSARは2時点のレーダー位相差から変位情報を抽出。主な処理工程:
- 画像位置合わせ(サブピクセル精度)
SAR画像のピクセル単位精密調整
- 干渉図生成
複素画像の乗算により位相差マップ作成
- 位相アンラッピング
位相の周期性を解消
- 変位量算出
衛星軌道パラメータと幾何モデルによる変換
時間・空間ベースライン制約
- 時間ベースライン
時間ベースライン:2回の観測間隔は変形速度に適合させる必要があります。例:Cバンド(Sentinel-1衛星)は短期ベースライン(<84日)の急速変形監視(地震など)に適し、Lバンド(ALOS-2衛星)の長期ベースライン(>360日)は緩慢な地殻運動分析に適しています。
- 空間ベースライン
衛星軌道間隔の垂直成分は閾値内(Cバンド<300mなど)に制御し、信号のコヒーレンス喪失を防止します。ベースライン過長は位相ノイズ増加を招くため、軌道最適化やアルゴリズム補正が必要です。
- 時系列InSAR技術の進化
従来の単一干渉解析(D-InSAR)は大気ノイズやコヒーレンス喪失の影響を受けやすかった。時系列InSAR技術は多時相画像(通常20-100シーン)を処理し、長期変動トレンド・季節変動・ランダムノイズを分離します。
- PS-InSAR(永久散乱体技術)
都市部の安定強反射体(建築物・橋梁など)から高精度変動シーケンスを抽出;
- SBAS-InSAR(小ベースライン集合技術)
短空間ベースラインの干渉対を選択し、植生被覆域のデータ利用性を向上;
- DS-InSAR(分散散乱体技術)
自然地表面散乱体の統計的特性を活用し、複雑地形の監視能力を強化。
工学応用:地質災害から都市安全まで
地質災害予警報・評価
- 地すべり監視
2018年金沙江白格地すべり事案では、InSARが加速変形段階を事前検出し、逆速度モデル(INV)と組み合わせて緊急対応に貢献。
- 地震変形解析
InSARは同震変動場をマッピングし、断層滑り量を定量化。1992年米国ランダース地震の干渉図は『Nature』表紙を飾り、技術の信頼性を立証。
都市インフラ安全
- 地盤沈下対策
北京首都国際空港はコーナーリフレクター(CR)を設置し、0.1mm精度で地割れ進展を追跡;
- ダム岸坡安定性
特許技術により急傾斜岩盤のミリメートル変形を監視、貯水による漸進的破壊メカニズムを解明;
- 地下鉄トンネル監視
上海・メキシコシティ等で沈下リスクマップを作成、構造補強設計を指導。
水文地質・資源管理
- 地下水回復監視
華北平原の研究では、降雨周期と帯水層回復の3-6ヶ月遅れを検出;
- 油田沈下制御
InSAR監視により地層陥没を防止する注水計画を最適化。
InSAR技術はミリメートル精度で地表変形を連続監視し、数日~数十年スケールの地殻運動を捕捉可能な空前の時空間分解能を実現。