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2015 年度 実績報告書

超小型衛星利用を可能にするアナログ・デジタル混載型ワンチッププラズマ波動観測器

研究課題

研究課題/領域番号 15H02136
研究機関京都大学

研究代表者

小嶋 浩嗣  京都大学, 生存圏研究所, 准教授 (10215254)

研究分担者 八木谷 聡  金沢大学, 電子情報学系, 教授 (30251937)
齋藤 義文  国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, その他部局等, 准教授 (30260011)
笠原 禎也  金沢大学, 総合メディア基盤センター, 教授 (50243051)
研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2019-03-31
キーワード小型プラズマ波動観測器 / ASIC / アナログ・デジタル混載チップ / プラズマ波動 / 小型サーチコイル / 波動粒子相互作用 / 超小型衛星 / デジタルフィルタ
研究実績の概要

研究項目のうち、「アナログ・デジタル混載プラズマ波動観測チップ」については、その要となるA/Dコンバーターの仕様策定を行い、サイエンス上必要となる性能を考慮した上で仕様を決定し、設計を外部に依頼した上で、設計段階へフィードバックを適宜行い、第一バージョンのA/Dコンバーターの設計を確立させた。また、アナログ部では、アナログ・デジタル混載チップの特徴を活かした新しいスペクトル受信器チップについて開発を行った。この新型のスペクトル観測器では、カットオフ周波数が異なる複数のフィルタとメインアンプのゲイン切替、および、A/Dコンバーターのサンプリング周波数を同期して切り替えることができる。これによって、広帯域であるため高い受信器ゲインでの観測が難しい波形捕捉型受信器をベースとしたスペクトル観測器がもつ欠点を補った性能をもつチップの開発に成功した。これはチップ化することによって初めて実現できるもので、ディスクリート部品では装置が大きくなり不可能であり、チップならではの装置となった。開発したチップを用いて疑似観測を行うなど、その性能の確認を行った。またチップ内に組み込むデジタル部については、FPGA上で実現されている波形圧縮ロジックを、チップへと移植する手法について確立し、チップ内に実現する際の回路規模についての見積もりを行った。
「小型・高性能サーチコイル」については、プリアンプをサーチコイルコア内にインストールすることを前提にしたコアの設計シミュレーションを行った。また、直方体コアを組合わせて内部にプリアンプを想定した間隙をつくることによって、等価的に径の大きなコアにみえることになり、サーチコイル感度が上昇することをシミュレーションおよび、試作品の実測で確認した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

現在まで概ね順調に進んでいる。特に、アナログ・デジタル混載チップには必須であるA/Dコンバーターの第一次設計が完了したことは、非常に重要であり、今後のアナログとデジタルを混載させるプラズマ波動観測器の実現にむけて、大きく進歩したといえる。小型のサーチコイルについても、アナログASICによりチップ化したプリアンプを、コア内に入れるための隙間を作成したところ、結果的にその効果で感度が向上することがわかった。シミュレーションでも試作でもそれは確認されており、これも予想とは少し異なった良い方向への結果となっている。

今後の研究の推進方策

現状において、計画の変更はない。特に問題点も発生していない。計画において大きな節目であったA/Dコンバーターの第一次設計ができたことで、今後、アナログデジタル混載チップによるプラズマ波動観測器の実現にむけて推進できるようになった。

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2015

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 2件)

  • [雑誌論文] Small sensor probe for measuring plasma waves in space2015

    • 著者名/発表者名
      Zushi, T., H. Kojima, K. Onishi, M. Ozaki, S. Yagitani, S. Shimizu, and H. Yamakawa
    • 雑誌名

      Earth Planets Space

      巻: 67 ページ: 1, 12

    • DOI

      10.1186/s40623-015-0298-8

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [学会発表] プラズマ波動観測用チョッパーASICプリアンプによるフリッカ雑音の低減2015

    • 著者名/発表者名
      糀宏樹, 尾崎光紀, 八木谷聡, 小嶋浩嗣, 頭師孝拓
    • 学会等名
      地球電磁気・地球惑星圏学会
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2015-11-03 – 2015-11-03
  • [学会発表] Miniaturization of a plasma wave receiver system towards future space missions based on micro-/nano-satellites2015

    • 著者名/発表者名
      小嶋 浩嗣, 尾崎 光紀, 八木谷 聡, 笠原 禎也
    • 学会等名
      地球電磁気・地球惑星圏学会
    • 発表場所
      千葉県
    • 年月日
      2015-11-03 – 2015-11-03
  • [学会発表] Development of a Chip for the Interface Between Plasma Wave Instruments and Plasma Particle Instruments2015

    • 著者名/発表者名
      Onishi, K., T. Zushi, H. Kojima, and Y. Saito
    • 学会等名
      Asia Oceania Geosciences Society2015
    • 発表場所
      Singapore
    • 年月日
      2015-08-03 – 2015-08-03
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of the Small Sensor Prove for Multiple-Point Observation of Plasma Wave2015

    • 著者名/発表者名
      Zushi, T., H. Kojima, K. Onishi, M. Ozaki, S. Yagitani, and S. Shimizu
    • 学会等名
      Asia Oceania Geosciences Society2015
    • 発表場所
      Singapore
    • 年月日
      2015-08-03 – 2015-08-03
    • 国際学会
  • [学会発表] 小型衛星観測に向けたASIC技術によるサーチコイル磁力計の開発状況2015

    • 著者名/発表者名
      尾崎光紀, 八木谷聡, 小嶋浩嗣, 糀宏樹, 頭師孝拓
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合大会
    • 発表場所
      千葉県
    • 年月日
      2015-05-28 – 2015-05-28
  • [学会発表] プラズマ波動の多点同時計測を実現する小型プローブ2015

    • 著者名/発表者名
      頭師孝拓, 小嶋浩嗣, 大西啓介, 尾崎光紀, 八木谷聡, 清水聡
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合大会
    • 発表場所
      千葉県
    • 年月日
      2015-05-28 – 2015-05-28
  • [学会発表] 将来衛星計画に向けたプラズマ波動観測装置の超小型化とその展望2015

    • 著者名/発表者名
      小嶋浩嗣, 尾崎光紀, 八木谷聡, 頭師孝拓, 大西啓介, 笠原禎也, 齋藤義文
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合大会
    • 発表場所
      千葉県
    • 年月日
      2015-05-28 – 2015-05-28
  • [学会発表] プラズマ波動観測装置-プラズマ粒子観測装置間インターフェース用チップの開発2015

    • 著者名/発表者名
      大西啓介, 頭師孝拓, 小嶋浩嗣, 斎藤義文
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合大会
    • 発表場所
      千葉県
    • 年月日
      2015-05-27 – 2015-05-27
  • [学会発表] ASICを用いた小型プラズマ波動波形受信機のダイナミックレンジの改善2015

    • 著者名/発表者名
      糀宏樹, 尾崎光紀, 八木谷聡, 小嶋浩嗣, 頭師孝拓, 吉田朗
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合大会
    • 発表場所
      千葉県
    • 年月日
      2015-05-25 – 2015-05-25

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公開日: 2018-01-16  

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