2019 Fiscal Year Annual Research Report
ミリ波で観る地球 - 高精度水蒸気モニターで切り拓く次世代自然ハザード精密予測
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18H03828
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| Research Institution | National Institute of Information and Communications Technology |
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Principal Investigator |
市川 隆一 国立研究開発法人情報通信研究機構, 電磁波研究所時空標準研究室, 研究マネージャー (40359055)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
佐藤 晋介 国立研究開発法人情報通信研究機構, 電磁波研究所リモートセンシング研究室, 研究マネージャー (30358981)
太田 雄策 東北大学, 理学研究科, 准教授 (50451513)
宮原 伐折羅 国土地理院(地理地殻活動研究センター), その他部局等, 研究室長 (90825457)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | ミリ波放射計 / 水蒸気 / GNSS |
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| Outline of Annual Research Achievements |
情報通信研究機構(NICT)時空標準研究室では、2019年度に完了した次世代高感度ミリ波放射計の概念設計を踏まえ、広帯域受信系の試作に必要な電子部品の調達を進めた。また並行して、20-60GHzの全帯域を受信可能な広帯域受信系フィード、及びその後段で水蒸気と液水の吸収帯域を含む20-30GHz帯と酸素の吸収帯である50-60GHz帯の2系統(水平・直交のそれぞれの偏波成分を取り出す)を分離するための導波管型偏波分離器(OMT)の設計とシミュレーションを進めた。また、広帯域受信系試作機のうち、水蒸気受信の要となる17-30GHz帯用の低周波受信部をNICT沖縄電磁波技術センターに設置されている3.7mパラボラアンテナに搭載して試験観測を行った。その結果、水蒸気信号の受信に成功し、天頂から仰角5度までの仰角依存性も確認できた。また、広帯域受信系の試作開発にあたり、天空と黒体を交互受信するための校正チョッパーの開発で古野電気の協力を得ることが出来た。NICTリモートセンシング研究室では、従来型マイクロ波放射計MP3000による実証実験のため、環境整備を進めた。一方で、次世代超高感度ミリ波放射計の実証観測や応用を想定し、東北大学では、低価格マルチGNSS受信モジュールu-blox ZED-F9Pをコアとする受信機の開発を推進し、オンラインでのデータロガー機能の実装を行った。さらに、同受信機の試験観測にも成功した。国土地理院では、マイクロ波放射計等を用いて得た湿潤遅延量により生じ得るGNSS測位解変動の影響を評価するための解析を進めた。なお、本課題では繰越申請を行い、その繰越予算による国際研究集会での成果発表を予定したが、いずれもオンライン開催となった。そこで、放射計データ検証のため、当該旅費を波線追跡法により数値予報データを用いて湿潤遅延を推定する解析PC等の備品調達に振り替えた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
まず、次世代高感度ミリ波放射計の開発に着手し、水蒸気吸収帯域(22-23GHz帯)をカバーする広帯域(18-29GHz)受信系試作機を完成させ、これの実証観測を実施できた。同試作機は常温受信系であるにも関わらず、水蒸気の吸収帯を検知することが確認できた。また、試作機を搭載したパラボラアンテナの仰角を5度から天頂まで変化させてみたところ、水蒸気吸収帯の信号強度に明瞭な仰角依存性を示した。この実験で用いた3.7mパラボラアンテナは、22GHZ帯でのビーム幅が0.24度であるため、仰角5度でも地表面からの反射ノイズの影響はほとんど無いと考えられ、低仰角観測の実現や高空間分解能の達成という意味でも有益な知見が得られた。また、今後の実証実験を見据えた湿潤遅延によるGNSS測位への影響評価について、研究分担者の国土地理院と東北大学では、各々GNSS観測データ解析における大気遅延量の影響評価、低価格GNSS受信機の開発を着実に進めた。一方、完動する試作機1台の開発を進め、必要に応じて改良を加えるという方針を昨年度決定した。これを踏まえ、広帯域受信系の開発を進めているが、まだ完成には至っていない。特に内製を予定する広帯域フィードとOMTについて、高効率の観測を実現するための最適解を得るために、膨大な計算機資源を要するシミュレーションが不可欠であり、これにかなりの時間を要した。また、酸素吸収帯をカバーする高周波側の受信系を用いた実証実験について、COVID-19による影響により実施出来なかった。したがって、全体的な研究の進捗としては遅れ気味と判断せざるを得ない。
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| Strategy for Future Research Activity |
次世代高感度ミリ波放射計受信系の試作機最終版の完成が最重要目標となる。各種電子部品等の高騰の他、COVID-19による国際調達の遅れが想定されるが、ミニマムサクセスとしては常温受信系の完成、フルサクセスとしてはスターリング冷凍機を用いて77Kまで冷却した受信系の完成を目指す。このうち、昨年度までに調達した電子部品によりミニマムサクセスは達成可能と見込んでいる。また、受信系を搭載するテストベッドとして、NICT沖縄電磁波技術センターの3.7mパラボラアンテナは、その駆動速度や指向性の点から非常に有益であり、アンテナ駆動系開発にリソースを割く必要が無いことは研究の全体進捗管理の上では好材料である。まずは、水蒸気と酸素、双方の吸収帯をカバーする常温受信系を年度前半までに完成させ、これの実証実験を年度後半に実施することを目指す。沖縄で実施する年度後半の実証実験では、試作受信系の他、NICTリモートセンシング研究室保有のMP-3000Aマイクロ波放射計、及び東北大学開発の低価格マルチGNSS受信機を投入し並行観測を実施する。取得したGNSSデータからの水蒸気遅延量除去効果の検証のためには国土地理院開発のシステムを活用する他、次世代高感度ミリ波放射計受信系で受信した信号の評価にも同GNSSデータを用いる。また、地上気象観測も並行して実施する。一連の成果は、本来は昨年度末に国際研究会で報告予定であったが、COVID-19による影響を踏まえて繰り越した予算を活用して年度内に創出を目指す。
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