Wave measurement methods from moving vessels using GNSS Reflectometry

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GNSS衛星からの電波が海面で反射してからアンテナに到達する場合，最短距離である衛星からの直達信号よりも，常に長い経路長を通ることになる。このとき，同じGNSS衛星からの距離が異なって計測されてしまうため，GNSS測位手法においては，マルチパスとして忌諱されている。経路長が異なる直達波と反射波は，アンテナ到達時の電波の位相も異なるため，両者は位相干渉して受信合成波の強度が変化する。反射波の過剰経路長は，反射点の海面の高さに依存するので，波浪によって海面の高さが変わると，受信した信号強度も干渉によって強くなったり弱くなったりを繰り返す。つまり，経路長がGNSS電波の波長である約15～20cm変化する度に，干渉強度が周期的に変化する干渉縞が生じる。従って，GNSSアンテナで受信した信号強度の時間変化の回数を計測することで，海面高の干渉計として利用できる。本研究は，対馬海峡を毎日往復するフェリー「ニューかめりあ」に設置したGNSS受信アンテナのデータにこの原理を適用し，その解析により波浪の周期と波高を推定するものである。昨年度に測器を設置し観測を開始したので，そのデータの解析結果を検討したところ，干渉計として正確な測定を行うには，サンプリングを高頻度にする必要があることが判明した。そこで今年度は測器の限界である20Hzまで観測頻度を上げたところ，安定して推定ができるようになった。さらに，受信電波のシミュレーション結果から，計測データからの波浪周期と波高を推定には，波浪スペクトルのピーク周波数周りの形状に依存することが分かった。対馬海峡の観測データと日本気象協会の再解析データとの比較の結果，対馬海峡ではスペクトルが比較的幅の狭い分布を示す結果に近いことが推定された。今後，比較データ数を増やすとともに，同様の装置を別海域のデータに適用し，海域によるスペクトル依存性を検討する。