低周波大電流電磁パルス波の地中伝搬実験

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07650421
• Research Institution: Kanazawa University
• Principal Investigator: 長野 勇 金沢大学, 工学部, 教授 (50019775)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 呉 向陽 金沢大学, 工学部, 助手 (80272946) ; 八木谷 聡 金沢大学, 工学部, 講師 (30251937)
• Keywords: 深地下探査レーダ / 低周波大電流電磁パルス波 / 広ダイナミックレンジ波形捕捉受信器 / FDTD法 / 3次元シミュレーション / 地中伝搬

Research Abstract

低周波大電流電磁パネル波を用いた地下数百〜数kmまでの深地下探査レーダ開発の一環として、本研究課題においては以下の研究を行なった。
1.地表面付近に置かれたアンテナから放射された電磁パルス波は、数百〜数kmの地下から反射してくる際に、その強度が著しく減衰してしまう。そのため、同じく地表面付近に置かれたサーチコイルによる受信磁界波形において、アンテナからの直接波のように比較的強い信号と同時に、地中からの反射波のような弱い信号の波形を正しく捕らえることのできる広ダイナミックレンジ波形捕捉受信器を設計、制作し、テスト信号を入力することによりその動作を確認した。これは、入力信号の絶対強度の大小により自動的に4段階(0〜36dB)のゲインコントロールを行い、12ビットA/D変換器を用いて約100dBのダイナミックレンジが得られるもので、実際の電磁パルス波地中伝搬実験で得られる観測波形から地中反射波のみを抜き出すために有用である。
2.一方、地表付近のアンテナから放射された低周波(10k〜100kHz)電磁パルス波の地中伝搬および埋没物体からの反射の様子を知るために、FDTD(時間領域差分)法によりMaxwell方程式を時空間で差分化し、損失地下媒質中での電磁波伝搬のシミュレーションを行なうコードを開発した。2次元および3次元モデルを用い、埋没物体の散乱断面積の評価やガウスパルス波の地中伝搬特性の解析を行なった。その結果、特に3次元モデルでは自由空間および損失大地を含む実際に近い媒質モデルでのシミュレーションが可能になり、大地上に置かれたループアンテナから放射されたパルス波に対する、地下数百mに置かれた金属板からの反射波の地上での受信波形をシミュレートし、アンテナからの直接波と反射波の分離可能性など、反射波を受信するための条件を検討した。

Research Products

• [Publications] M.Ikeda,I.Nagano,T.Shimbo,and D.L.Carpenter: "Intensities and polarization rates of whistler mode VLF signals observed from a ground network near L=4" Jounral of Geophysical Research. 100・A4. 5691-5703 (1995)
• [Publications] X.-Y.Wu,I.Nagano,Z.-T.Bao,and T.Shimbo: "Numerical simulation of the penetration and reflection of a whistler beam incident on the lower ionosphere at very low latitude" Journal of Atmospheric and Terrestrial Physics. 58・10. 1143-1159 (1996)
• [Publications] I.Nagano,S.Yagitani,H.Kojima and H.Matsumoto: "Analysis of wave normal and Poynting vectors of the chorus emissions observed by GEOTAIL" Journal of Geomagnetism and Geoelectricity. 48・3. 299-307 (1996)
• [Publications] 筒井、臼井、小嶋、橋本、長野、岡田、八木谷、松本、山本: "科学衛星搭載機器EMC試験用雑音周波数ダイナミックスペクトル表示システム" 宇宙科学研究所報告. 第86号. 1-21 (1996)
• [Publications] S.Chettri,Y.Ishiwaka,H.Kimura,and I.Nagano: "Harmonic wavelets,constant Q transforms and the cone kernel TFD" Wavelet Applications III,SPIE's Aerospace/Defence Sensing and Controls Symposium. 2762. 446-451 (1996)
• [Publications] S.Yagitani,I.Nagano,H.Matsumoto,Y.Omura,W.R.Paterson,L.A.Frank,and R.R.Anderson: "Generation and propagation of chorus emissions observed by GEOTAIL in the dayside outer magnetosphere" Proceedings of the 1996 International Symposium on Antennas and Propagation. 3. 717-720 (1996)
• [Publications] S.Yagitani,T.Toda,I.Nagano,K.Hashimoto,T.Okada,H.Matsumoto,and M.Tsutsui: "Neural network for plasma wave classification onboard satellte" Proceedings of the 1996 International Symposium on Antennas and Propagation. 3. 721-724 (1996)
• [Publications] K.Miyamura,I.Nagano,S.Yagitani,and Y.Murakami: "Full wave calculation of 3D VLF/LF wave fields radiated from a lightning discharge" Proceedings of the 1996 International Symposium on Antennas and Propagation. 3. 701-704 (1996)
• [Publications] T.Fukami,I.Nagano,and J.MacDougall: "A new method obtaining the ionograms from the electron density and the collision frequency profiles in the lower ionosphere" Proceedings of the 1996 International Symposium on Antennas and Propagation. 3. 685-688 (1996)
• [Publications] M.Tsutsui,I.Nagano,H.Kojima,K.Hashimoto,H.Matsumoto,S.Yagitani,and T.Okada: "Measurements and analysis of antenna impedance aboard the GEOTAIL space craft" Radio Science. (in press). (1997)
• [Publications] 宮村、長野、八木谷: "雷放電から放射されるVLF電磁界波形のFull wave計算" 電子情報通信学会論文誌. B-II(印刷中). (1997)
• [Publications] H.Hashimoto,I.Nagano,他5名: "EXOS-D very low frequency plasma wave instruments (VLF)" IEEE GS&RS. (in press). (1997)
• [Publications] 宮村、長野、八木谷、木村: "あけぼの衛星の低高度観測におけるオメガ電波強度分布のFull wave計算による解析" 電子情報通信学会論文誌. B-II(印刷中). (1997)
• [Publications] 長野勇: "不均質媒質中の電磁波伝播" 朋友印刷, 144 (1997)