| Project Area | Comprehensive understanding of scattering and fluctuated fields and science of clairvoyance |
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| Project/Area Number |
20H05892
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Transformative Research Areas, Section (II)
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| Research Institution | Tokai University |
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Principal Investigator |
高山 佳久 東海大学, 情報通信学部, 教授 (30358915)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
玉川 一郎 岐阜大学, 流域圏科学研究センター, 教授 (40273198)
小林 智尚 岐阜大学, 大学院工学研究科, 教授 (50205473)
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| Project Period (FY) |
2020-11-19 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥122,070,000 (Direct Cost: ¥93,900,000、Indirect Cost: ¥28,170,000)
Fiscal Year 2022: ¥45,110,000 (Direct Cost: ¥34,700,000、Indirect Cost: ¥10,410,000)
Fiscal Year 2021: ¥42,900,000 (Direct Cost: ¥33,000,000、Indirect Cost: ¥9,900,000)
Fiscal Year 2020: ¥26,520,000 (Direct Cost: ¥20,400,000、Indirect Cost: ¥6,120,000)
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| Keywords | 精密気象観測 / 数値気象モデル / 空間光通信 / 揺らぎ / 散乱透視学 |
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| Outline of Research at the Start |
マルチスケールの散乱・揺らぎ現象の光学特性を明らかにし、揺らぎの向こうを透視する散乱透視学において、本研究では実問題における散乱透視学の一つとなる情報通信における散乱場として、メートルからキロメートルスケールの地表層空気における散乱と揺らぎの計測と制御を行う。このため、まず、精密気象観測と気象データ解析によって大気の乱流、特に慣性小領域の変動などから大気の光学特性とその変動を明らかにする。次にこの結果を超高解像度数値気象モデルに取り込み、気象による光学的な影響の短時間予測を行う。これらの成果を通信光の波面操作に反映し、揺らぎを通した空間光通信の通信品質を向上させる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
(1) 精密気象観測による大気の光学特性の推定
地表面近くで生成される密度成層乱流の渦の内、数十センチメートル以上の渦を対象に、超音波風速温度計を複数台用いて乱流変動を計測し、またこの乱流を形成する場を地上と上空の気象観測により計測する。本年度は、これらの計測に必要な機器の仕様を確定し、同機器および設置部材等の調達を進めた。また、計測結果の解析のためのプログラム作成等を上記調達と並行して進めた。
(2) 超高解像度数値気象モデルを用いた大気揺らぎの光学的影響の予測
予報システムで用いられている１キロメートルの高解像度予報の結果を、さらに高解像度に改造した数値気象モデルに境界条件として与え、ネスティングと呼ばれる入れ子構造の計算を繰り返す。これより1桁細かい解像度での数値予報を行う。本年度は、計算資源の設計と搭載するアルゴリズムの検討を進めた。取り込んだデータの解析に必須の並列計算とファイルサーバの機能性能を定め、その機材を調達し、計算機環境を構築した。
(3) 通信光の波面操作による照射の安定化
波面操作による照射の安定化では、精密気象観測および超高解像度数値気象モデルから得た空気の散乱・揺らぎのパワースペクトルを考慮し、同時照射する複数の通信光の波面を制御する。本年度は、空気の揺らぎの推定から伝搬によって通信光が伴う空間周波数の上限を見積り、それ以下の空間周波数で通信光の波面を制御するアルゴリズムを検討した。また、波面制御に用いる空間光変調器が必要となるため、その調達と光学評価を実施した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
(1) 精密気象観測による大気の光学特性の推定
計測を行う機器の仕様を確定し、設置部材等と合わせて調達を実施した。また、計測結果を解析するプログラムを完成させた。これらの活動により予定通りの進捗を得た。
(2) 超高解像度数値気象モデルを用いた大気揺らぎの光学的影響の予測
計算資源の設計と搭載するアルゴリズムの検討および、並列計算およびファイルサーバの機能性能の確定を行い、調達した機材によって計算機環境を構築した。これらの活動により予定通りの進捗を得た。
(3) 通信光の波面操作による照射の安定化
空気の揺らぎから通信光が伴う空間周波数を考慮して波面を制御するアルゴリズムを検討し、波面制御に用いる空間光変調器の調達と光学評価を実施した。これらの活動により予定通りの進捗を得た。
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| Strategy for Future Research Activity |
(1) 精密気象観測による大気の光学特性の推定
昨年度調達したものを含めた複数の超音波風速温度計を用いて乱流変動の計測を野外で行いその基礎的な解析を行う。また、レーザーを用いて大気の揺らぎの状態を計測するシンチロメータを導入する。
(2) 超高解像度数値気象モデルを用いた大気揺らぎの光学的影響の予測
昨年度に導入した計算機環境上に、(1)で得られる観測結果をデータ同化するインターフェースなどの超高解像度数値気象モデルの構築を始め、基本部分を完成させる。
(3) 通信光の波面操作による照射の安定化
昨年度に調達した空間光変調器を用いて、同時照射する複数の通信光の波面にそれぞれ異なる初期波面を与える光学系を設計する。光波伝搬のシミュレーションを行い、異なる初期波面を与えた通信光の同時照射によって、受信面での通信光の照射が安定することを確認する。また、昨年度に調達した受信用の光増幅器を組み込んだ受信光学系の設計および一部の構築を行う。なお現在、新型コロナ感染の影響により移動を伴う活動が大きく制限されている。今後の状況を注視しながら、オンライン会議等を活用して研究を推進する予定である。
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