| 研究課題/領域番号 |
21H04524
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
中区分17:地球惑星科学およびその関連分野
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| 研究機関 | 立命館大学 (2023-2024)
京都大学 (2021-2022) |
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研究代表者 |
氏原 秀樹 立命館大学, 総合科学技術研究機構, 研究員 (40399283)
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| 研究分担者 |
市川 隆一 国立研究開発法人情報通信研究機構, 電磁波研究所電磁波標準研究センター, 研究マネージャー (40359055)
関戸 衛 国立研究開発法人情報通信研究機構, 電磁波研究所電磁波標準研究センター, 研究マネージャー (60359057)
宗包 浩志 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 (50370812)
小林 知勝 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 (40447991)
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, 技官(その他) (90825457)
寺家 孝明 国立天文台, 水沢VLBI観測所, 助教 (40425400)
小山 友明 国立天文台, 水沢VLBI観測所, 特任専門員 (70425403)
竹内 央 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 教授 (90329029)
今井 裕 鹿児島大学, 総合科学域総合教育学系, 教授 (70374155)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-05 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
41,730千円 (直接経費: 32,100千円、間接経費: 9,630千円)
2024年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円)
2023年度: 9,100千円 (直接経費: 7,000千円、間接経費: 2,100千円)
2022年度: 17,160千円 (直接経費: 13,200千円、間接経費: 3,960千円)
2021年度: 9,620千円 (直接経費: 7,400千円、間接経費: 2,220千円)
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| キーワード | 広帯域 / VLBI / 水蒸気 / 電波天文 / 軌道決定 / 超広帯域 / リモートセンシング / 測地 / OMT |
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| 研究開始時の研究の概要 |
VLBIは遠方の天体からの電波を複数の電波望遠鏡で受信し、相関処理を行うことで10,000km の距離と方向をミリメートル精度で、また地球の自転速度変動を1000分の1 秒を切る精度で計測可能な宇宙測地技術である。最近では「はやぶさ２」等の深宇宙探査機の軌道決定、大陸間での光格子時計の高精度国際周波数比較にも貢献した。しかし受信機は各観測機関の目的に特化している。また根本的に電波星からの信号を地上で受信する限り、地球大気による電波伝播遅延誤差が精度向上の壁である。本研究は革新的な超広帯域受信観測系を開発し、大気の壁と分野の壁を超えた汎用VLBI観測による新たなサイエンスを拓くことを目標とする。
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| 研究実績の概要 |
本課題の目的は各研究機関が保有する様々なアンテナ(電波望遠鏡)に適合する広帯域フィードと受信機を開発し、VLBI観測の誤差要因となる大気中の水蒸気量を観測と同時かつ同一視線で精密測定することである。この要となる16-64GHzの広帯域フィードは、要求されるビーム幅がそれぞれ異なる各機関の電波望遠鏡に適合可能であることを確認した。VLBI観測での実証のために国立天文台野辺山宇宙電波観測所の45mアンテナの開発プロポーザルに応募し、採択された。2024年度夏から始まる実証実験を目指して本課題で開発した広帯域フィードと受信機を45mアンテナに適合するように立命館大学にて改修を始めた。
実証実験は45mの水素メーザが故障していたこともあり、まずはNICT小金井本部の2.4mや11mと国土地理院石岡局、国立天文台のVERA20mアンテナや水沢10mアンテナの組み合わせを予定していた。しかしNICTは2つとも駆動系が故障、45mは水素メーザの代わりにOCXOで短時間のVLBI観測を目指す提案があったこと、JAXAの臼田10mアンテナが使用可能となったため本年度は実証実験を行わず、45mアンテナを主体とした計画に変更して準備を進めることとした。VLBI観測の感度はアンテナの面積ではなく基線を構成する2つのアンテナの口径の積に比例するので、45mの参加は感度面で有利となるからである。
国立天文台水沢VLBI観測所は解析用ノートPC、データ記録用ストレージを整備した。国土地理院では実証計画の検討、JAXAは10mアンテナの復旧と調査を行った。鹿児島大は比較のためにVERA入来局の既存の帯域の狭い水蒸気ラジオメータで定常的にデータを取得すべくプログラムの改修と、立命館大学と共に45mでの実験準備を進めた。
天文学会、電子情報通信学会、測地学会、URSI、IVSなど国内外の学会で成果発表を行った。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
実証実験に使用予定であったNICT小金井本部の2.4m広帯域アンテナ、11mアンテナともに駆動機構が故障したため、試験が行えなかった。また、従来のスペアナの代わりに5GHz幅x2chのRFSoCを利用してFFTによるデッドタイムのないスペクトラム取得を目指していたが、在庫切れとなり購入できなかった。また、これの比較に用いるためVERA入来局の既存の帯域の狭い水蒸気ラジオメータ(22GHz帯のみを測定)のデータ取得プログラムの改修をおこなったが、バグが取りきれなかった。
その反面、JAXAの臼田10mアンテナが使用可能となり、野辺山45mアンテナは故障した水素メーザによる基準信号源の代替にOCXOを使う提案があったため、これらに対応して実験計画の再構成と受信機システムの設計変更をおこなうことにした。一旦は利用を諦めた45mアンテナが参加となったことはVLBI観測の感度面では非常に有利であるが、ビーム伝送系が高周波向けの設計のため国土地理院石岡局が使用する測地VLBIに対応する周波数帯の電波はフィードまで伝送できない。ゆえにNICTの2.4mアンテナに4-16GHzと16-64GHzの広帯域フィードを載せることで地理院石岡局と野辺山45m双方とのVLBI実証実験を計画していたのだがNICTのアンテナは駆動系の故障で使用不能となったため、同様の手法をJAXAの臼田10mアンテナで可能とすべく受信機レイアウトとフィードの搭載方法を検討中である。
よって評価は「やや遅れている」とした。
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| 今後の研究の推進方策 |
2024年8月実験開始を目標に、国立天文台野辺山宇宙電波観測所の45mアンテナに本課題で開発した広帯域フィードと受信機を搭載すべく必要な改修を行う。9月からは同水沢VLBI観測所のVERA20mや10m、JAXAの臼田10mとの組み合わせでVLBI観測と水蒸気測定の実証実験を行い、得られたデータから精度の検証を行う予定である。そのための広帯域フィードと受信機の改修と試験は立命館大学が行い、45mアンテナでVLBI観測を行う際の基準信号源となるOCXOの整備と試験は鹿児島大と国立天文台が行う。NICTはデータ処理や大気モデルの検討を行いつつ、実証実験への参加を目指して小金井2.4mや10mの復旧に努力する。JAXAの臼田10mに対応する広帯域フィードと受信機を搭載できれば、国土地理院石岡局も含めたVLBI実証実験を目指す。
従前はVLBI観測のデータは各機関のVLBIサンプラ、大気のスペクトラムはスペアナでデータを取得する計画だった。VLBI観測で使われる専用サンプラに比べると、汎用計測器である従来の掃引式スペアナは格段にADCの分解能が高いため精度は良いが、本課題では取得する大気スペクトラムがQuad ridge導波管型OMTを利用しても18-58GHzと広いが故に全帯域のスペクトラムを得るのに数10秒かかる。他方、FFT式は同時取得帯域幅が狭いのが難点である。しかし近年のソフトウエア無線機で使われているRFSoCでFFTを行えばADCの分解能はスペアナより若干劣る反面、掃引式スペアナのようなデッドタイムがなくFFT式より同時取得帯域は広いうえ、VLBIサンプラよりも安く小型で低消費電力にできる。本課題には最適であるため、在庫が回復すればRFSoCによるデータ取得を目指す。
これらの成果は天文学会、電子情報通信学会、IAUなど関係する国内外の学会、研究会などで発表を行う。
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