2019 Fiscal Year Annual Research Report
Investigation of solar storm propagation processes by development of next generation phased array radio telescope
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18H01266
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
岩井 一正 名古屋大学, 宇宙地球環境研究所, 准教授 (00725848)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 宇宙天気 / 電波天文学 / 太陽風 / FPGA / フェーズドアレイ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
太陽面爆発「フレア」では太陽大気の一部が吹き飛ばされ(CME)、太陽から吹き出す風「太陽風」に乗って地球にも到来し、地球周辺環境に深刻な影響を与える。本研究ではCMEが電波天体と地球との間を通過する際に、電波天体からの電波が散乱される現象を観測し、CMEの伝搬過程を解明することを目的としている。そして、その観測の超高性能化を実現するために、デジタルフェーズドアレイ技術を用いた電波の多方向同時観測装置の開発を行っている。
本研究では計画初年度に当たる昨年度、多数のアンテナからの電波入力信号をデジタル化し、リアルタイムに解析することで、任意の方向に複数のビームを作るリアルタイム受信機の設計及び開発を行った。その結果、当初の目的を達成しうる試作機の設計に成功した。本年度は、この設計に基づきFPGAとAD変換器を用いたデジタルボードによる試作機の開発を行った。その結果、当初の目標性能を達成できる信号処理装置が完成した。本装置は従来のデジタルフェーズドアレイ装置に比べて小型で、かつ極めて安価であり、量産によって超高性能なフェーズドアレイ観測ができる可能性がある。現在、本装置の開発結果を論文にまとめている。
並行して、本装置を搭載可能な小型のアンテナを開発し、デジタルフェーズドアレイ装置を搭載することで、フェーズドアレイ観測による天体検出の実証実験を行うための小型アンテナの設計を行った。その結果、適当な大きさのアンテナ形状が有限要素法を用いた電磁界シミュレーションによって導出され、数個の候補に絞ることができた。
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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
本年度は、多数のアンテナからの電波入力信号をデジタル化し、リアルタイムに解析することで、任意の方向に複数のビームを作るリアルタイム受信機の開発を行った。その結果、FPGAとAD変換器を用いて本研究専用に開発したデジタルボードを用いて、当初の目標性能を達成できる信号処理装置が完成した。本装置は従来のデジタルフェーズドアレイ装置に比べて小型で、かつ極めて安価であり、量産によって超高性能なフェーズドアレイ観測ができる可能性がある。現在、本装置の開発結果を論文にまとめている。本装置の開発は本研究課題の要となるもので、当初の性能を実現できたことは重要な進展である。
並行して、本装置を搭載可能な小型のアンテナを開発し、デジタルフェーズドアレイ装置を搭載することで、フェーズドアレイ観測による天体検出の実証実験を行うための小型アンテナの設計を行った。その結果、適当な大きさのアンテナ形状が有限要素法を用いた電磁界シミュレーションによって導出され、数個の候補に絞ることができた。
以上より、本研究は当初の予定通りおおむね順調に進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度までに完成したデジタルフェーズドアレイプロトタイプ装置を用いた実験を進める。並行してこれまでに設計したアンテナシステムを完成させ、プロトタイプ装置を搭載することで、天体観測の実験を実施する。実験では、システムの較正やビームの指向が正しく行えるかを確認する。これらの結果を用いることで、遠方天体を観測中にCMEが天体と地球の間を通過した場合に観測される電波の散乱現象、惑星間空間シンチレーション（IPS）現象が正しく観測できることを実証する。特に本研究では、検出した天体の位置から観測時刻におけるCMEの位置と伝搬方向を導出し、IPSの「散乱スペクトル」からCMEの速度を、「散乱の振幅」からCMEの平均密度という物理量を導出する。そのため、合成ビームの位置の決定精度、時間分解能と時刻決定精度、および受信電力の安定性を評価し、観測結果を正しく評価できるようにする。
これらと並行して、本装置の開発結果をまとめて論文とし、査読付き国際雑誌に投稿する。
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