5次元ディジタル信号処理によるパルサーサーベイと重力理論の検証

• 研究課題/領域番号: 08102010
• 研究種目: 特別推進研究
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 物理系
• 研究機関: 早稲田大学
• 研究代表者: 大師堂 経明 早稲田大学, 教育学部, 教授 (10112989)
• 研究分担者: 前田 恵一 早稲田大学, 理工学部, 教授 (70199610) ; 中島 潤一 通信総合研究所, 宇宙電波応用研究室, 主任研究官 ; 山田 勝美 理工学総合研究センター, 名誉教授 (30063316)
• 研究期間 (年度): 1996 – 2000
• 研究課題ステータス: 完了 (2000年度)
• 配分額: 302,000千円 (直接経費: 302,000千円); 2000年度: 10,000千円 (直接経費: 10,000千円); 1999年度: 10,000千円 (直接経費: 10,000千円); 1998年度: 13,000千円 (直接経費: 13,000千円); 1997年度: 153,000千円 (直接経費: 153,000千円); 1996年度: 116,000千円 (直接経費: 116,000千円)
• キーワード: パルサー / 電波干渉計 / FFT(高速フーリエ変換) / 空間FFT / 時間FFT / Radix-4 / バタフライ演算 / LSI / 干渉計 / FFT / 光ファイバー / ディジタル信号処理 / 重力理論 / 電波天文学 / A / D変換 / サーベイ / 信号処理 / 5次元信号処理 / バタフライLSI / ベースバンド光伝送 / HEMT / 球面鏡

研究概要

(ナイキストレートでの空間時間FFT)世界ではじめて、ナイキストレートで処理を行う空間時間FFTプロセッサーを開発し(Daishido,T.et al,2000)、64台のアンテナからなる干渉計に接続して、64方向、256チャネル同時観測を実現した。
(信号の流れのトポロジー)このプロセッサーの開発・製作過程では多くの工夫がなされ、世界に新しい流れをつくりだした。第一は、空間処理FFTと時間処理FFTの信号の流れのトポロジーが全く同じであることを積極的に利用して、全く同じ構造のプロセッサー2組で空間時間FFTを一挙に実現したことである。
(空間時間データの並べ換え)間に設置した空間時間データ変換部の設計には、大いに頭をしぼったが、完全に作動し、見通しの正しかったことが確認できた。実際、空間FFTの基板と時間FFTの基板を交換しても動くことを確かめてある。このことにより、メインテナンスが楽になり、製作経費が低く押さえられた。トポロジーは同じであるが、FFTのバタフライ演算に設定する位相回転子はもちろん異なる。
(Radix-4 FFT バタフライLSIの設計)設計の主要部分は研究室が関わり、Radix-4演算を行うLSIの設計は、博士課程在学中の田中(Tanaka,N.et al,2000)が中心に行った。
空間16×16、時間256、のFFTのトポロジーが同一なので、ハードウエアとしては同一のプリント基板を使い、空間FFT(16枚、2ブロック)、時間FFT(16枚2ブロック)で構成し、中間のST変換部でデータの並べ換えを行う。基板の総数は、64枚となる。
各基板は、16複素入力、同出力、となるので、バタフライLSIは、初段に4個、2段目に4個の計8個が実装される。LSIの総数は、8×64=512個となり、カスタムLSI(ASIC)で製作した。数が多いのでFPGAで構成するときの1/10のコストで実現できた。

研究成果

• [文献書誌] T.Daishido et al: "Pulsar Huge Array with Nyquist Rate Digital Lens and Prism (Invited Paper)"Proc.SPIE "Radio Telescopes". 4015. 73-85 (2000)
• [文献書誌] N.Tanaka et al: "Radix-4 Butterfly LSI in Direct Imagiong Waseda Radio Interferometer for Pulsar Survey"Publ.Astron.Soc.Japan. 52. 447-455 (2000)
• [文献書誌] H.Takeuchi et al: "The Minimum Spanning Tree Problem in the Phase Calibration for the Spetial FFT Interferometer"Publ.Astron,Soc.Japan. 52. 267-273 (2000)
• [文献書誌] K.Maeda et al: "Dilaton-gravity on the Brane"Phys.Rev.. D62. 124009 (2000)
• [文献書誌] N. Tanaka, T. Daishido, et al.: "Radix-4 Butterfly LSI in Direct Imaging waseda Radio Interferometer for Pulsar Survey"publ. Astrom. Soc, Japan. Vol. 52, N3 (in press). (2000)
• [文献書誌] H. Takeuchi, ・・・ T.Daishido: "The Minimum Spanning Tree Problem in the Phase Calibration for the Spatial FFT Interferometer"Publ. Astrom. Soc. Japan. Vol. 52, N2 (in press). (2000)
• [文献書誌] N. Sakai, I. Yokoyama, K.Maeda: "Monopole Inflation in Brans-Dicke Theory"Phys. Rev.. D59. 103504 (1999)
• [文献書誌] T.Daishido et al: "(2+1+2)D signal Processing in Pulsar survey Project" Proc.of “Neutron stars and Pulsars", Universal Academy Press. 233-234 (1998)
• [文献書誌] T.Tamaki, K.Maeda et al: "Non-Abelian Black Holes in Braus-Dick Theory" Phys.Rev.D57. 4870 (1998)
• [文献書誌] T.Chiba, K.Maeda et al: "Two Boosted Black Holes in Asymptotically desitter space-Time" Phys.Rev.D57. 6119 (1998)
• [文献書誌] T.Daishido et al: "(2+1+2)D Signal Processing in Pulsar survey Project" Proc.“Neutron Stars and Pulsars" (Universal Academy Press). (in press). (1998)
• [文献書誌] 三上直樹,大師堂経明: "パルサー探査用2分木状構成の適応フィルタの検討(Study of Adaptive filter with Binary-Tree Structure for Surveys of Pulsars" 第12回ディジタル信号処理シンポジウム論文集A8(電子情報通信学会). A8-5. 1-6 (1997)
• [文献書誌] T.Daishido et al: "Implementation of Spatial-Temporal FFT in pulsar Survey Huge Array-3D topological solution-" Proc.The URSI Large Telescope Working Group Meeting and 1KT International Technical Workshop(CSIRO,Sydney). D1,1-20 (1997)
• [文献書誌] K.Maeda et al: "Dilatonic Black Holes with Gauss-Bonnet term" Phys.Rev.D. 739-753 (1997)
• [文献書誌] K.Maeda et al: "Chaos in Schwar 2 schild Spacetime : The Motion of a Spinning Particle" Phys.Rev.D55. 4848-4859 (1997)
• [文献書誌] K.Maeda et al: "Dynamics of Quiet Universes" Phys.Rev.D55. 3276-3287 (1997)
• [文献書誌] T.Daishido et al: "Design of (2+1+2)D FFT for Interferometric Pulsar Survey" Proc.IAU Colloquium 160,"Pulsars : Problems and Progress",ASP Conference Series (Astronomical Society of Pacific). 19-20 (1996)
• [文献書誌] N.Tanaka et al: "Design of Radix-4 FFT Based Butterfly LSI" Proc.Technical Workshop for APT and APSG 1996 (Comunication Research Laboratory,Japan). (in press). (1997)
• [文献書誌] H.Takeuchi et al: "2^<24> Point Floating FFT Processor Design for Real Time Pulsar Survey" Proc.Technical Workshop for APT and APSG 1996 (Comunication Research Laboratory,Japan). (in press). (1997)
• [文献書誌] Y.Kim,K.Maeda et al: "Monopole bubble in early universe" Nuclear Physics B. 481. 453-476 (1996)
• [文献書誌] M.Saijo et al: "Can we detect Brans-Dicke scalar gravitational waves in gravitational collapse?" 18th Texas Symposium on Relativistic Astrophysics (Proc.). (in press). (1996)
• [文献書誌] 西條統之他: "重力波観測による重力理論の検証可能性" 早稲田大学情報科学研究教育センター紀要. 20(in press). (1997)