Planet-Bプラズマサウンダ高度計観測のシミュレーション

*小林 敬生[1], 小野 高幸[1], 大家 寛[2]

東北大学[1]
福井工業大学[2]

A simulation study of Planet-B plasma sounder altimeter

*Takao Kobayashi[1] ,Takayuki Ono [1],Hiroshi Oya [2]
Tohoku University[1]
Fukui University of Technology[2]

A new method to measure the altitude has been proposed and applied to the plasma sounder mission of PLANET-B project (Oya and Ono, 1998). In the method, the phase difference due to propagation delay of two signals, of which frequencies are slightly different from each other, is measured to realize a fine range resolution.Examining the performance of the observation technique, we found that measured phase difference fluctuates around a mean value that corresponds to the nadir range of the mean surface.We carried out computer simulations of altimeter observations for the case of Gaussian random rough surface and of a cratered terrain surface. For the cases of Gaussian surface observations, fluctuation of both intensity and phase of observed data has strong correlation with the RMS gradient of observed surface. The result implies that, from the fluctuation of the phase difference, one can estimate RMS gradient of the surface that is a parameter of surface roughness. For the case cratered surface, surface feature of order of 10^1 km is discerned after elimination of fluctuation components by wavelet analysis.

のぞみ（Planet-B）探査機に搭載されたプラズマサウンダによる火星表面地形観測における観測データを模擬するシミュレーションを行なったのでその結果について報告する。Planet-B搭載プラズマサウンダは、観測モードのひとつとして高度計観測モードを備えている。高度計観測はOya and Ono(1998) によって提案された新たな手法を用いて行なわれる。この手法では、わずかに（100kHz）異なる２周波数（9MHz帯）のパルスを重畳送信し、エコー信号中のこれら2周波の信号の位相差を計測することにより火星表面地形の高低分布を精密に求めるものである。Planet-Bプラズマサウンダのサウンダパルス送受信アンテナはダイポールアンテナが用いられており、光学平面ではない火星表面を観測する場合必ずしも直下点からの反射波だけが受信されるわけではない。本シミュレーションの目的は、エコー信号中の側方からの斜め反射成分の振る舞いを定量的に調べることがである。シミュレーションでは、比較的平坦な火星北半球を代表する表面地形としてGaussianランダム面を、そして、山岳地形が卓越する火星南半球を代表する地形としてクレータ地形を模擬した。まず、Gaussianランダム面の観測シミュレーションでは、側方からの斜め反射成分は観測データにおけるエコー強度及び位相のランダムな揺らぎの成分となって現れること、さらに、この揺らぎの大きさと表面粗さパラメータ（RMS gradient）との間には強い相関があり、測定値の揺らぎの大きさから表面粗さを推定できることが明らかとなった。また、クレータ地形観測のシミュレーションでは、正面反射条件が満足されるさまざまな地点のクレータ内壁からの反射エコーが強く干渉して観測データの揺らぎ成分となるが、ウエーブレット解析によって観測値の揺ぎの成分を取り除いた結果、水平スケール10^1kmオーダーの地形の高度変化を検出できることが確かめられた。

参考文献
H. Oya and T. Ono, A new altimeter for Mars land shape observations utilizing the ionospheric sounder system onboard the Planet-B spacecraft, Earth Planets Space, 50, 229-234, 1998.