信楽MUレーダーを用いたスペースデブリの3 次元形状推定に関する研究

摘要

スペースデブリとは機能持たない、地球の衛星軌道上を周回している標的で、現在確認されているだけで約20,000 個のスペースデブリが地球軌道上に存在している。その速度は秒速3～7 km 近くあり、1 mm 程度の大きさのデブリでさえ、人工衛星や宇宙ステーションに衝突することで十分大きな被害を引き起こす。さらにデブリの数は年々増え続けおり、2009 年には通信衛星とデブリの衝突事故が発生している。したがってデブリの観測網の拡大と高精度化が必要である。またデブリの回収、除去手法は幾つか検討されているが、そのほhとhどにデブリの位置?形状といった情報が必要となる。これらの問題を解決するために本研究では地上にある大気レーダーを用いたデブリの形状推定手法について検討する。大気レーダーの利用には既存の施設の活用によるコスト作削減や、天候の影響を受けずに観測可能といった利点がある。そこで本研究では京都大学RISH が保持するMU レーダー(Middle and Upper atomosphere radar)を使用する。MU レーダーの情報については表1 に示す通りである。MU レーダーは主に中層および超高層大気の観測を目的としているが、高度1000 km までを観測領域となるよう設計されているため、パルス長を長く取り送信電力を十分大きくすると低軌道上(高度2000km 以下の軌道) のデブリの観測が十分可能である。MUレーダーの最大の特徴はアンテナ素子毎に取り付けた小型半導体送受信機(475 個) を個別に制御することで、1 秒間に2500 回という高速でレーダービーム方向を変えることが可能で、天頂角は最大30?まで操作可能でビーム方向、強度は細かな調整が行える。先行研究1)では時間周波数解析を用いた形状推定手法、SRDI(Single Range Doppler In-terferome)法と散乱断面積変動を用いた形状推定手法、RCS法(Radar Cross-Section)を用いた3次元形状推定手法が提案された。本研究でも、この手法を使用し、3次元形状推定を行うとともに、FDTD法を用いて実際のレーダーでの形状推定の過程をシミュレーションすることで本研究手法の精度について評価する。