2019 Fiscal Year Research-status Report
Forecasting of space disasters using advanced ICT: Challenge to the speace meteorological radar
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19K22028
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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) |
2019-06-28 – 2022-03-31
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| Keywords | 宇宙天気予報 / 太陽嵐 / 気象レーダー / フェーズドアレイレーダー / 宇宙防災 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本計画では、宇宙空間において太陽が原因で発生する災害の早期予報を目的とした「宇宙気象レーダー装置」の開発を行っている。情報通信衛星、宇宙ステーション、民間による宇宙旅行など、我々の生活基盤は近年急速に宇宙空間に進出している。太陽ではフレアと呼ばれる爆発現象が頻発し、その爆風が「太陽嵐」となって地球に到達する。このとき宇宙空間では地上でいうゲリラ豪雨のような激しい環境変動が発生し、衛星障害など人類の宇宙活動に深刻な影響が生じる。太陽フレアの発生は事前の予知が難しく、地球に到来する直前に、ようやく予報が可能となる。太陽嵐はまさに「宇宙版のゲリラ豪雨」と言える。この太陽嵐を地球近傍に到達する前に予報することが本研究の目的である。太陽嵐は希薄な電離した大気の塊のため電波を散乱する。そのため、天体観測中に太陽嵐が天体と地球の間を通過すると、散乱によって電波強度が激しく変動する。本研究ではこの散乱現象を地上電波観測で捉えることで、予報を実現する。
計画初年度にあたる本年度は、気象レーダーで用いられるデジタルフェーズドアレイを参考に、汎用デジタルボードに多数の信号を並列解析する回路を実装した装置を低コストに開発するための開発研究を行った。特にデジタル回路に実装するアルゴリズムの検討と、意図した方向にビームを形成するためにアルゴリズムに与える設定パラメータの検討を行った。この結果、同時に4方向を観測できるデジタルビームフォーム装置の開発に成功した。本装置を用いると、1回の太陽嵐の観測時間を1/4に短縮でき、太陽嵐到来までに多数のスキャンが可能となるため、時事刻々と近づいてくる太陽嵐の表面の時間変動（＝接近速度）が導出できる。更にデータを即時解析できる本装置のデータを日本の宇宙天気予報システムに組み込むことで、その精度向上に寄与し、人工衛星の運用効率の向上などの波及効果が期待出来る。
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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
計画初年度にあたる本年度は、気象レーダーで用いられるデジタルフェーズドアレイを参考に、汎用デジタルボードに多数の信号を並列解析する回路を実装した装置を低コストに開発するための開発研究を行った。特に多数の入力信号をフーリエ変換し、相関処理を行い、遅延テーブルを乗算し、合成することで、合成ビームを形成する一連の処理を高速かつ並列に行うデジタル回路をFPGA上に実装し、正常に動作させることに成功した。このデジタル演算アルゴリズムの開発は本研究の中核をなすものであり、初年度に完了したことは大きな進捗である。
一方で、新型コロナウイルスの影響で、年度内に納品予定だった装置の一部が納品できなくなり、年度内に予算が執行できない事態となった。しかし、これらの装置は令和2年度の前半に全て納入される目処が立ち、実験に大きな影響は与えない。
以上より、本研究計画は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 |
初年度に開発した装置を、応募者が率いるグループが保有する電波望遠鏡に搭載し、電波観測による実験を行う。特に同時に4方向の天体を観測可能にするデジタルマルチビームフォーミング技術の確立を目指し実験を行う。この機能を活用することで太陽嵐到来までに複数のスキャンが可能となるため、時事刻々と近づいてくる太陽嵐の表面の時間変動（＝接近速度）が導出できる。並行して、ビームフォームの効率を向上させるためのデジタル回路の再検討を実施する。
これらの開発・初期観測結果をまとめ、論文にする。またその論文を国際研究集会などで発表する。更に関連する分野の将来計画に対して提言を行う。
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| Causes of Carryover |
2020年3月までに納品される予定だった備品が、新型コロナウイルスの影響で物流や技術者の往来が停止したため納品されない事態となり、次年度使用が発生した。しかし、納品できなかった備品自体は既に完成しており、研究に大きな遅れを生じることなく、次年度前半に執行される見通しが既に立っている。
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