# パッシブレーダーの原理 パッシブレーダーとは、独自の電波を送信せず、放送や通信など既存の非レーダー系の送信源（例：FM ラジオ、テレビ局、携帯基地局、デジタルオーディオ放送（DAB）等）を利用して、航空機、船舶、地上車両などの対象を検知・追尾する独特なレーダーシステムです。 このシステムの動作原理は以下の通りです。 1. **受信**: パッシブレーダー受信機が、一般利用向けに広く中継されているこれらの電波を捉えます。 2. **送信機との連携**: 従来の能動型レーダーと異なり、受信機との間でタイミング調整を行う必要があります。しかし、信号が発信される時刻と位置を知っているため、対象物からの反射波までの時間遅延を計算し、位置を特定できます。 3. **目標検知**: 電波が物体に反射して受信機に戻ってくる際、送信機から直接到達する経路よりも時間がかかります。この微妙な時間差を計測するとともに、送信機と受信機の既知の位置情報を組み合わせることで、システム自身が電波を送信することなく、目標の位置を高精度で決定することができます。 4. **ステルス性への優位**: パッシブレーダーは作動に外部の送信源に依存するため、自らの電磁気的シグネチャ（電波）を放出しないため、ステルス機や他の標的に対して非常に発見されにくいという長所を持ちます。敵側の検知システムから截取される可能性が低いのです。

受動レーダーは送信機を必要とせず、既存の放送を利用するレーダーです。このシステムは能動的な送信を行わず、環境に既に存在する信号を受動的に受信・検出することで動作します。具体的には、FM ラジオやデジタルテレビなどの放送波が物体（航空機、ドローン、鳥など）によって反射される様子を受信し、その周波数の変化と到達時間差を解析することで、対象物の位置と速度を推定します。その結果、従来の「一方向性」レーダーとは異なり、送信機も高価な専用ハードウェアも不要で、かつ放送免許も必要ないという特徴を持つレーダーシステムが実現されます。

レーダーの基本原理 すべてのレーダー技術は、ドップラー効果と信号遅延という 2 つの基本的な物理現象に基づいています。

• ドップラー効果とドップラー周波数偏移 波源と観測者が互いに相対運動している場合、観測される波の周波数は変化します。救急車のサイレンが近づいているときは高音に聞こえ、遠ざかっているときは低音に聞こえる現象です。これをドップラー効果と呼びます。レーダーは、この原理を電波に応用しています。電波が動く物体（例えば航空機）から反射された際、戻ってきた信号の周波数はわずかにずれます。

  • 物体が受信器に向かって動いている場合 → 周波数が高くなる（正のドップラー周波数偏移／ブルーシフト）
  • 物体から遠ざかっている場合 → 周波数が低下する（負のドップラー周波数偏移／レッドシフト）

  この周波数の変化の大きさは、物体が受信器に向かってまたは遠ざかる方向にどれだけの速さで動いているか（径向速度）に比例します。これにより、レーダーは対象物の速度を測定できるのです。

• 遅延時間（Time Delay） 2 つ目の測定項目はより単純な「時間」に基づいています。電波は光速で伝播するため、反射された信号が直接届く信号よりも後に受信される場合、その時間差（遅延時間）は、信号が対象物まで往復して戻ってくるまでの距離に関する情報を与えてくれます。能動型レーダーでは、この遅延時間は直接的に距離に比例しますが、受動型レーダーについては後述する通り、やや複雑な楕円の概念に対応します。

ビステティック・パッシブ・レーダー（Bistatic Passive Radar） 能動型レーダーは「一方向性（モノスタティック）」であり、送信機と受信機が同一場所にあります。一方、受動型レーダーは「二方向性（ビステティック）」であり、送信側（例えば FM ラジオ塔）と受信側（貴社のセンサー）が異なる位置に配置されます。受動型レーダーの受信機は、放送信号の 2 つのコピーを捉えます。

1. 直接信号：送信機から受信機へ直進する信号。
2. 反射信号（エコ）：同じ放送信号が対象物（航空機、ドローン、鳥など）に反射された後、受信機に到達する信号。

この 2 つの信号を比較することで、受信機は反射信号のドップラー周波数偏移（速度）と時間遅延（経路長さ）を抽出できます。直接経路は塔と受信機の間の基準距離であり、反射経路は「送信機→対象物→受信機」です。この両者の経路長さの差が、測定可能な遅延時間を生み出します。

楕円状の遅延面（Ellipse Delay Surfaces） 能動型レーダーでは、特定の遅延時間は特定の変標距離に対応し、レーダーを中心に描かれる円を意味します。しかし、ビステティックな受動型レーダーでは、特定の遅延時間は、送信機と受信機の 2 つの焦点を持つ楕円に対応します。この遅延は、対象物までの全追加経路長さ（送信機→対象物→受信機）から直接経路を差し引いた値を表しています。つまり、この全経路長が等しいすべての点の軌跡が楕円を描きます。対象物は確かにその楕円のどこかの場所にあるわけですが、さらにデータを加えない限り正確な位置は特定できません。

センサー融合：複数の楕円の解決（Sensor Fusion: Solving Multiple Ellipses） 1 つだけの楕円では対象物の位置を決定することはできません。しかし、複数の送信機（または複数の受信機）を利用すれば、各ペアごとに独自の楕円が形成されます。その結果、対象物の真正なる位置は、これらの楕円が交差する点となります。一般的に 2 つの楕円は 2 点で交わりますが、3 つの楕円を用意すれば唯一の正確な位置として特定可能です。これが基本原則です：利用可能な送信機の数が増えるほど、位置決め精度は向上します。人口密集地や郊外の環境では、多数の FM 局、テレビ送信塔、携帯電話塔が異なる方向から空を照らし出しており、これら全ての情報を統合することにより、上空を移動する物体の明確な像を構築できます。

受動型レーダーの利点（Advantages of Passive Radar）

• 送信機の不要さ: 送信ハードウェアや放送免許も不要です。単にラジオを受信しているだけです。
• 低コスト: システムは、市販のソフトウェア定義受信機 (SDR)、アンテナ、マイクロプロセッサまたはコンピュータを使用して構築できます。
• 法的簡便さ: 電波を受信することは、ほとんどの法管轄区で合法です。一方、レーダー信号を送信するには免許取得と電力・周波数規制への準拠が必要です。
• 秘匿性: 受動型レーダーは何も発射しません。したがって、監視対象からは検出されることはありません。
• 拡張可能性: コスト低減、シンプルな市販ハードウェアの使用、そして免許不要という特徴から、送信インフラなしで受信機网络を追加することで、カバー範囲と分解能を向上させることができます。

受動型レーダーの欠点（Disadvantages of Passive Radar）

• サードパーティ制送信機への依存: ユーザーの利用可能なのは、自らの地域で使用可能な放送波に限られます。
• 分解能の低下: 能動型レーダーは特定の分解能や動作距離のために設計・調整できる一方、受動型レーダーは利用可能な波形に依拠せざるを得ません。
• 複雑な信号処理: 非常に弱い反射信号を、はるかに強い直接信号から分離することは計算量的に困難です。直接的な信号は反射信号よりも 60〜80 デシベル (dB) も強力である可能性があります。
• 3D の高情報量の欠如（単一受信機の場合）: 単一の受信機では楕円の交点を利用して 2D の位置推定は可能ですが、高度の決定には垂直方向に配置された複数の受信機か追加の技術が必要です。
• 距離分解能の制限: FM と DTV は帯域幅が限られており、そのため距離分解能は数百メートル程度に限られます。一方、能動型レーダーシステムは routinely に単一メートルレベルの分解能达到しています。

なぜ受動型レーダーなのか（Why Passive Radar?） 究極的な意味で、受動型レーダーに対する関心が高まっている理由は「入手容易性」にあります。放送免許や送信機を必要とせず、ハードウェアのコストも低下しているため、かつては不可能だった消費者や企業が、過去数年間の技術革新により初めて実現できる形でレーダー技術を利用できるようになりました。