高い高度分解能を持つロケットGPSトモグラフィ技術の実証実験

2017 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 16K18126
• Research Institution: Nara National College of Technology
• Principal Investigator: 芦原 佑樹 奈良工業高等専門学校, 電気工学科, 准教授 (50511557)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: 超高層大気 / 電離層 / 電子密度 / GPS-TEC / トモグラフィ / 観測ロケット

Outline of Annual Research Achievements

本研究は，高い分解能を持つ電離圏電子密度の空間分布観測手法を開発することを目的としている．本年度は，ロケットGPSトモグラフィ法に適したトモグラフィ解析アルゴリズムの検討を行った．
平成28年度までに，欠損データを補間できるトモグラフィ解析アルゴリズムである最小二乗共役勾配法（Conjugate Gradient Least Squares: CGLS）を用いることで，複雑形状となるパッチ電離層モデルにおいても再構成画像が得られることがわかっている．しかしながら，電離層擾乱構造を観測するために十分な分解能は得られていない．そのため，平成29年度は分解能を向上させるためのトモグラフィ解析アルゴリズムの開発を行った．
非完全問題に対するCGLS法の解は，隣接項との連続性が欠ける傾向にあることがわかっている．一方で，実際の電離層電子密度分布は電離層境界部分を除き，隣接するセルの値が大きく変化することはない．そのため，電子密度を滑らかになるように再構成するために、評価関数にハイパーラパラメータλを用いた拘束項を追加した．シミュレーションモデルを用いた実験結果では，拘束項の追加によって高度220kmの電子密度をより元の電子密度に近い値で再構成できた一方，高度220km以下の電子密度に対しては大幅なトモグラフィ精度の向上が確認できなかった．この問題に対しては，追加したウェイト行列に対して適切な拘束係数をかける等，解析手法の改良に継続して取り組む計画である．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

一部に開発の遅れがあるものの，順調に進んでいる．現在までの成果を元に，JAXAが募集する観測ロケット実験公募に応募中である．

Strategy for Future Research Activity

分解能をより一層向上させるためのトモグラフィ解析アルゴリズムの開発を行う．観測ロケット実験公募の審査状況や実験スケジュールを考慮して，研究を推進する．

Causes of Carryover

JAXAが公募していた平成30年度以降観測ロケット実験提案に応募したが，JAXA事情により審査が平成31年度以降にずれ込んでいる．そのため，実験実施や打合せに必要な物品および旅費が未執行となった．このような事態は想定の範囲内であるため，研究はバックアッププランであるシミュレーション実験を中心に進めている．次年度以降に実験実施に向けた取り組みを行う．