GNSS反射率測定

GNSS反射測定（またはGNSS-R）は、 GPSなどの全地球航法衛星システムからの航法信号の地球からの反射から測定を行うものです。地球観測に反射GNSS信号を使用するというアイデアは、1993年にMartin-Neiraによって初めて提案されました。^{[ 1 ]}また、 NASAラングレー研究センターの研究者によっても調査され^{[ 2 ]}、GPS反射測定としても知られています。宇宙ベースのGNSS-Rの研究アプリケーションは、高度測定^{[ 3 ] [ 4 ]}、海洋学（波高と風速）^{[ 5 ]} 、氷圏モニタリング^{[ 2 ] [ 6 ]}、および土壌水分モニタリング^{[ 7 ]に焦点を当てています。}

GNSS反射測量は、衛星が航法信号を生成するなど、複数の能動的な情報源を利用する受動的なセンシング手法です。このため、GNSS受信機は衛星からの信号遅延（擬似距離測定）と衛星と観測者間の距離変化率（ドップラー測定）を測定します。反射されたGNSS信号の表面積からも、時間遅延と周波数変化という2つのパラメータが得られます。その結果、 GNSS-R観測量として遅延ドップラーマップ（DDM）が得られます。DDM内の信号の形状と電力分布は、反射面の誘電特性と粗さという2つの条件によって決まります。地球物理学的情報のさらなる導出は、これらの測定値に基づいています。

GNSS反射測定は、送信機と受信機がかなり離れた位置にあるバイスタティックレーダーです。GNSS反射測定では、1つの受信機が複数の送信機（つまりGNSS衛星）を同時に追跡できるため、このシステムはマルチスタティックレーダーの性質も持ちます。反射GNSS信号の受信機は、地上局、船舶測定、航空機、またはサリー衛星技術社が構築した災害監視コンステレーションの一部であるUK-DMC衛星のような衛星など、さまざまな種類があります。この衛星は、低地球軌道上の軌道から地球の海洋表面から反射されたGPS信号を受信および測定して波の動きと風速を決定する実現可能性を実証した二次反射測定ペイロードを搭載していました。 ^{[ 5 ] [ 8 ]}

• CYGNSSは、ハリケーン予報の改善のためにGNSS-Rを使用するNASAの衛星コンステレーションで、2016年に打ち上げられました^{[ 9 ]。}
• TechDemoSat-1は、 ESAによる技術実証用小型衛星で、2019年に打ち上げられた。
• PRETTYは、 ESAが開発技術実証用CubeSatで、海況、海氷、海流を測定するもので、2023年に打ち上げられた。
• HydroGNSSは、水循環に関連する重要な気候変数を監視するためのESAによる2つの同一の小型衛星で、2025年11月に打ち上げられました^{[ 10 ]。}

GNSS干渉反射法（GNSS-IR）は、GNSS-Rの特殊なケースです。ここでは、受信機器が地球の表面にあります。この技術では、遅延ドップラーマップを使用したり、2つの信号を個別に測定したりするのではなく、直接信号と反射信号の干渉を利用します。図の例では、GNSSアンテナが平面から約2.5メートル上にあります。直接信号（青）と反射信号（赤）の両方のGNSS信号が示されています。GNSS衛星が上昇または沈むと、仰角が変化し、直接信号と反射信号が干渉パターンを生成します。この干渉パターンの周波数を使用して、平面からのアンテナの高さ、つまり反射板の高さを抽出できます。反射板の高さの変化は、水面^{[ 11 ]}や積雪の高さ^{[ 12 ]を直接測定するために使用できます。}

• Zavorotny, Valery U.; Gleason, Scott; Cardellach, Estel; Camps, Adriano (2014). "GNSSバイスタティックレーダーを用いたリモートセンシングのチュートリアル". IEEE Geoscience and Remote Sensing Magazine . Vol.  2, no.  4. pp. 8–45 . doi : 10.1109/MGRS.2014.2374220 . ISSN 2168-6831 .  
• Larson, Kristine M. ; Small, Eric E.; Braun, John; Zavorotny, Valery (2014). "Environmental Sensing: A Revolution in GNSS Applications" . InsideGNSS . Vol.  9, no.  4. pp. 36–46 . ISSN 1559-503X . 2016年3月15日のオリジナルからアーカイブ済み。 2016年3月15日取得。  
• Cardellach, Estel (2015): E-GEM – GNSS-R地球モニタリング; 最新技術の説明文書(2020年11月28日にWayback Machineにアーカイブ)。
• エメリー、ウィリアム、キャンプス、アドリアーノ（2017）：『衛星リモートセンシング入門 第1版 大気、海洋、陸地、氷圏の応用』第6章：全地球航法衛星システム信号を利用したリモートセンシング、エルゼビア、2017年9月20日、ペーパーバックISBN 9780128092545電子書籍ISBN 9780128092590
• GNSS-Rコミュニティが管理する参考文献の完全なリストは、以下のURLで確認できます。https ://www.ice.csic.es/personal/rius/gnss_r_bibliography/index.html

• 未来を振り返る（Wayback Machineに2007年5月14日にアーカイブ済み） 、The Engineer Online、2006年11月28日。
• GNSSの応用と方法、Artech House、2009年9月。