構造化電波による衛星向け広域3次元観測技術の開発

本技術開発は、株式会社日立製作所が推進する衛星搭載型の構造化電波放射システムに関するものであり、気象現象の解析や鉄道、送電網、道路といった広域社会インフラの予防保全および災害監視を対象とする。電波の波面構造を維持したまま高い指向性を確保することで、大気情報と地表物体の3次元分布を軌道上から同時に取得する基盤を提供する。

広域インフラ保全における立体観測の必要性
自然災害の激甚化や構造物の老朽化が進む中、地上センサーによる個別点検には巡視の工数やカバー範囲に物理的制約が存在する。従来の衛星観測では気象因子の影響を受けやすく、建造物と植生などの自然物が重複する領域で識別精度が低下し、発災後の被害把握に留まるケースが多かった。予兆段階での保全措置へ移行するためには、天候や昼夜に左右されず、高さ方向を含む構造変化を広域かつ継続的に捕捉する手段が求められている。

位相制御と反射鏡による高指向性ビーム形成機構
構造化電波は、渦状の位相面を持たせることで物体の形状や移動特性などの複数情報を同時に取得可能な電波技術である。従来の円形アレイアンテナ単体による放射手法ではビームが拡散しやすく、衛星軌道から地表へ到達する電波強度の減衰が課題となっていた。

株式会社日立製作所は、円形アレイアンテナを構成する各アンテナ素子の位相制御技術を確立し、渦状位相面を持つ電波の安定生成を実現した。さらに、生成された構造化電波をオフセットパラボラアンテナへ反射させる光学配置を採用した。これにより、電磁界シミュレーションおよび電波暗室内での検証実験において、ビーム発散角を従来の29度から約6度へと低減させることに成功した。波面構造を維持した状態で指向性を高めたことで、軌道上から地上観測に必要な電波強度を維持する物理的根拠が実証された。

予知保全を支援する3次元センシングの応用展開
本方式が確立されることで、大気擾乱と地上構造物の相対位置関係を同一波長帯で高精度に分離・把握することが可能になる。全天候かつ昼夜を問わない24時間観測により、地盤沈下、斜面変動、送電線弛度といった微小な幾何学的変位の抽出が可能となる。株式会社日立製作所は今後、屋外での電波送受信実証を実施し、大学や研究機関との連携を通じて社会実装を目指す。また、自社の事業基盤であるルマーダを通じて衛星観測データと産業データを人工知能で複合解析し、保全運用の高度化を進める。

追加の背景情報：技術仕様と競合技術の比較分析
軌道上からの地表変位計測技術としては、既存の合成開口レーダー（SAR）による干渉計測（InSAR）が標準的に運用されている。一般的なXバンドやLバンドのSARシステムは高い水平解像度およびミリメートル単位の相対変位検出精度を有する一方、電離層や対流圏の水蒸気遅延といった大気擾乱による位相遅延が変位誤差の主因となる。これに対し、本開発における構造化電波技術は、軌道角運動量（OAM）などの空間自由度を電波波面に付与することで、単一の放射経路において媒体特性（大気）とターゲットの幾何学的散乱特性の分離推定を狙う点で既存の標準的SARアンテナ構成と設計原理が異なる。ビーム発散角を6度まで集束させた本検証結果は、衛星搭載アンテナの開口面効率の向上とリンクバジェット成立に向けた設計上の明確な進展を示している。

編集：エフゲニー・チュリロフ、インデュポータルズ・メディア - AI翻案

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