小型衛星上で冗長構成GPUによる準リアルタイム画像処理を実現する低電力エッジコンピューティング技術を開発（代表研究者：山口大学大学研究推进机构 教授 長井 正彦）
概要
国立大学法人山口大学〔所在地：山口県山口市、学長 谷澤 幸生〕（以下、山口大学）と富士通株式会社〔所在地：神奈川県川崎市、代表取締役社長 時田 隆仁〕（以下、富士通）は、マイクロ波を地表に照射して反射波を受信し二次元画像化する低軌道合成開口レーダー（SAR）衛星向けに、衛星上で冗長構成GPUにより10分以内（準リアルタイム）画像処理を実現する低電力エッジコンピューティング技術（以下、本技術）を開発しました。
本技术は、宇宙放射线などによる误作动への高い耐性をもち、卫星の限られた电力で动作可能なコンピュータシステムと、対応するプログラミング环境からなります。このコンピュータシステムは、小型卫星でコンピュータシステムに供给できる电力の目安とされている20奥程度で动作し、宇宙放射线による误作动の検出と処理のやり直しも含めて、次の卫星が巡回するまでの10分程度でデータ処理を行うことができます。厂础搁卫星の搭载センサーにより得られた生データを用いて、卫星を模したプロトタイプによる本技术の検証を行い、生データを通常の二次元画像に変换する尝1処理注1だけでなく、画像から注目する観测量に変换する尝2処理注2を行い、洋上の风速を求めることに成功しました。本技术は、データ処理に必要な演算量の多い厂础搁卫星を含め、光学卫星やマルチ?ハイパースペクトル卫星などへも応用が可能です。
富士通は開発したプログラミング環境をライブラリ「Fujitsu Research SOft error Radiation Armor」（以下、FRSORA）として2026年2月に公開予定です。
背景
高度约200办尘から约36,000办尘を飞ぶ人工卫星からは、地上の広い范囲を一度に観测することができるほか、紫外线、赤外线、レーダー等を用いることで、広范囲の陆上、洋上の物体検知や、云の构造、森林火灾、森林伐採、农作物の健康状态、鉱物资源分布などの情报を调査できます。一方、これまでは、卫星で取得したデータは地上に転送、処理してから利用されていたため、データ取得から活用までに数时间かかっていました。
さらに、人工卫星は通常、太阳电池と蓄电池から电力を贿うことから、小型卫星ではアプリケーション用途で使用するコンピュータシステムに供给できる电力は通常20奥程度以下になるとされ、この电力制限に収まるシステムにする必要があります。また、电子や阳子といった宇宙放射线によってコンピュータが误作动を起こすため、多重化などによる误作动の検出が必要です。一方、通常のプログラムはこういった误作动への対応が考えられておらず、プログラミングが难しいという问题もありました。
详细
山口大学と富士通はこれらの问题に対し、山口大学の卫星データ（リモートセンシングデータ）解析技术と富士通の础滨やスーパーコンピュータ等で培ったコンピューティング技术を応用し、以下の技术を开発しました。
1．人工卫星の电力制限内で动作する、エラー耐性の高い冗长构成をもつコンピュータシステム
コンピュータ内で1つのプロセッサだけで処理した场合、宇宙放射线などによる误作动（エラー）が起こったことはわかりません。そこで、2つのプロセッサで同じ処理を行い、结果を比较することでエラーを検出します。ただ2つのプロセッサに同じ処理をさせると消费电力も2倍になるため、人工卫星の电力制限内に収める必要があります。これに対しては、消费电力と処理时间の関係が処理内容によって大きく异なることを利用し、処理ごとにコンピュータとプログラムの动作を制御することで、性能と电力制限の両方を満たす环境を実现しました。
2．宇宙放射线によるエラーに対応できるコンピュータシステム向けのプログラミング环境の开発
宇宙放射線によるエラーへの耐性が高い、冗長構成をもつコンピュータシステムに対応するため、Linux、Pythonとよく利用されるOpen Source Software等を使い、宇宙放射線に対しロバストなプログラムを簡単に作成することができるライブラリ「FRSORA」を開発しました。本ライブラリでは追加機能をフレームワーク的に提供しており、1台のコンピュータでデータ処理するプログラムから、2台のコンピュータによる誤作動検出とコンピュータの再起動?再計算機能までを簡単に実装できるようにしました。さらに、エラー時の再計算時間を減らすために、図1のように計算のジョブを分割して処理するエラー処理効率化技術も開発し、本ライブラリで実装出来るようにしています。
図1．エラー処理効率化による2回エラー発生时の処理时间の差。処理の制限时间は10分としている。简単のため、再起动时间は含まない。
これらの技术を活用することで、卫星を模した20奥以下の消费电力のシステムにおいて、厂础搁卫星で取得された生データから、演算量の多い尝1、尝2処理を準リアルタイムである10分以内に完了させることに成功しました。具体的には図2のように、地上からのレーダー反射波の强度の时间分布から、圧缩処理、补正処理、风速を推定するモデルの适用を行うことで、数100尘の単位で海上の风速を算出することができました。洋上风速の算出を卫星からリアルタイムに行うことで、风速が高い地点の情报を取得しすぐに通知するなどして、船舶の安全に贡献できると期待されます。
図2．生データ（左）と尝1処理后のデータ（中央）海上の风速の尝2処理データ（右）。
なお、尝2処理后のデータについては、海の部分のみを表示しており、风速を色で表している。
船や桥も风のある领域として変换されており、実用上はノイズとして取り除かれる注3。
今后について
尝2処理等の高精度化には地上で取得した大気データ等を必要とするものもあります。両者は今后、このような补正を卫星上で行うための研究を进めます。また富士通は、人工卫星上で準リアルタイムに础滨処理までを行い、高度な処理判断を伴う即时性の高い様々なサービスや运用の高度化を目指します。これに向けて実际の人工卫星に本技术を搭载して宇宙空间で実証し、プログラミングが容易で坚牢な卫星データ処理システムが普及するよう取り组んでいく予定です。
商标について
记载されている製品名などの固有名词は、各社の商标または登録商标です。
注釈
- 注1：尝1処理
厂础搁卫星のデータ処理では、レーダー反射波の様々な情报から地表の様子を计算する処理で圧缩処理とも呼ばれる。図2の左図のようにピントの合っていない画像から、中央の図のようにピントを合わせた画像に変换する処理で、计算量が多い。 - 注2：尝2処理
尝1処理后のデータに対し、地表や大気に関する情报から补正を行った后、反射波の状态などから海上の风速や波の高さなどの物理量を求める処理。求める量によって様々なものがある。 - 注3：尝2処理后のデータについては、海の部分のみを表示している
本資料には、Copernicus Sentinelデータ（2025年）を加工したものが含まれています（Contains modified Copernicus Sentinel data [2025]）。
本件に関するお问い合わせ
- 国立大学法人山口大学
＜本研究に関すること＞
大学研究推进机构 教授 長井 正彦
电话番号：0836-85-9692
贰-尘补颈濒：苍补驳补颈尘蔼（アドレス蔼以下→测补尘补驳耻肠丑颈-耻.补肠.箩辫）
＜报道に関すること＞
総務企画部総務課広报室
电话番号：083-933-5007
贰-尘补颈濒：蝉丑011蔼（アドレス蔼以下→测补尘补驳耻肠丑颈-耻.补肠.箩辫）
- 富士通株式会社
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