2021 Fiscal Year Annual Research Report
Investigation of three-dimensional structure of solar storms using the radio observation with leading-edge digital signal processing
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21H04517
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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) |
2021-04-05 – 2025-03-31
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| Keywords | 太陽嵐 / 宇宙天気予報 / 電波観測 / フェーズドアレイ / デジタル信号処理 / 宇宙防災 / FPGA |
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| Outline of Annual Research Achievements |
太陽ではフレアに代表される爆発現象が頻発し、1000メガトンにもなる大気の塊が秒速2000kmもの超音速の爆風「太陽嵐」となって放出される。しかし、太陽嵐の伝搬の過程はよくわかっておらず、地球への到来予報には大きな誤差がある。そこで本研究では、宇宙空間を伝搬中の太陽嵐の3次元構造を解明することを目的とする。手法としては、独自のデジタルフェーズドアレイ技術を用いた新しい電波観測装置を開発し、地上から太陽嵐の異なる4箇所を同時にスキャンする世界初の観測を実現することで、高速に移動する太陽嵐の構造を素早く正確に導出する。そのデータを用いたデータ同化シミュレーションから太陽嵐の伝搬を再現する。
時事刻々と地球に迫る太陽嵐の3次元構造を導出するには、一度に複数の電波天体を追尾観測することが効果的である。そこで、本研究では一度に4方向を同時に追尾観測できる新型フェーズドアレイ装置を開発することを目的とした開発研究をこなった。初年度には64個のアナログ入力信号を同時にデジタル化し、８方向を同時に観測できるデジタルバックエンドの開発を行なった。本装置は多数のAD変換器とFPGAを接続して構成するため、世界的な半導体不足の影響を大きく受け、納品が年度末に間に合わなかったため、繰越が発生したが、2年目にデジタルバックエンドは完成した。検討時間を多くとれたことでより効率的な実装方法を発見し、当初の予定（４方向）が８方向にまで向上しており、全体としては想定以上にインパクトの高い成果を出すことができた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
当初の予定では初年度の内にデジタルバックエンドを完成させる予定であったが、世界的な半導体不足の影響でデジタル機器の調達ができず2年目に持ち越しとなった。一方で、十分に検討時間がとれたたため、同時に８方向（当初のミニマムサクセスは４方向）観測できる装置の開発に成功した。そのため、計画に遅れが出ている一方で成果としてはよりインパクトの高いものが創出できた。
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| Strategy for Future Research Activity |
デジタルバックエンドを使った信号合成実験を行う。並行して、デジタルバックエンドに接続するアナログ受信機やアレイアンテナの設計開発研究を行う。特にアレイアンテナは最適な形状や合成方法を複数検討し実験を通じて比較しながら最終的な形状を決定する予定である。
並行して、既存の装置のデータを用いたデータ同化シミュレーションから太陽嵐の伝搬を再現する数値実験を行う。保有する装置のデータに加えて国外の研究グループと協力して海外の地上観測機器から得られたデータをも同化することで更なる精度向上を目指す。
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[Journal Article] PSTEP: project for solar-terrestrial environment prediction2021
Author(s)
Kusano Kanya、Ichimoto Kiyoshi、Ishii Mamoru、Miyoshi Yoshizumi、Yoden Shigeo、Akiyoshi Hideharu、Asai Ayumi、Ebihara Yusuke、Fujiwara Hitoshi、Goto Tada-Nori、Hanaoka Yoichiro、Hayakawa Hisashi、Hosokawa Keisuke、Hotta Hideyuki、Hozumi Kornyanat、Imada Shinsuke、Iwai Kazumasa、et al
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Journal Title
Earth, Planets and Space
Volume: 73
Pages: id. 159
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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